Con una masa de casi 33 veces la del Sol, este "monstruo" se ocultaba a menos de 2000 años luz de la Tierra, en la constelación del Águila. Es el primer agujero negro de origen estelar de este tamaño detectado tan cerca de la Tierra. Este hallazgo, publicado en la revista Astronomy and Astrophysics, cuestiona nuestra comprensión de la evolución de las estrellas masivas.
Imagen ilustrativa Pixabay
La materia contenida en un agujero negro es tan densa que nada puede escapar a su inmensa atracción gravitacional, ni siquiera la luz (de ahí el nombre de agujero negro). La mayoría de los agujeros negros de masa estelar que conocemos devoran materia de un compañero estelar cercano. La materia capturada cae a gran velocidad sobre el agujero negro, se calienta extremadamente y libera rayos X. Estos sistemas pertenecen a una familia de objetos celestes llamados "binarios de rayos X".
Cuando el compañero del agujero negro no está lo suficientemente cerca como para aportar materia al objeto compacto, no se emite luz ni energía, y el agujero negro es entonces extremadamente difícil de detectar. A tal agujero negro "silente" se le llama "dormido". Sin embargo, su presencia induce un movimiento en su compañero en órbita que podría ser detectado por un instrumento astrométrico muy sensible, como el satélite espacial Gaia.
Un avance gracias a la increíble precisión de Gaia
El objetivo de la misión Gaia es medir la distancia de más de dos mil millones de estrellas observando su movimiento en el cielo con gran precisión. Para preparar la publicación del próximo catálogo de Gaia, Gaia Data Release 4 (DR4), los científicos de la colaboración Gaia realizan cálculos y pruebas exhaustivas para comprobar si algo es anormal. Equipos especializados están en marcha para estudiar los casos extraordinarios y crear productos de datos derivados.
El agujero negro Gaia BH3 (en amarillo) se suma a los dos agujeros negros (Gaia BH1 y Gaia BH2) ya detectados gracias a la misión Gaia.
© ESA/Gaia/DPAC - CC BY-SA 3.0 IGO
Uno de estos equipos fue fundado en 2020 por Laurent Eyer, maestro de enseñanza e investigación en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, y Tsevi Mazeh, investigador de la Universidad de Tel Aviv, ambos coautores del estudio. Dirigido por Berry Holl, adjunto científico en el Departamento de Astronomía de la UNIGE y también coautor, su misión es validar meticulosamente los resultados obtenidos para las estrellas no solitarias con movimientos extremos, verificar la integridad de los posibles agujeros negros y evitar la publicación de "falsas detecciones" evidentes.
El interés del equipo se centró en una vieja estrella gigante situada a 1926 años luz de la Tierra, en la constelación del Águila. Al analizar en detalle la oscilación de la trayectoria de la estrella, el equipo tuvo una gran sorpresa: la estrella experimentaba un movimiento orbital inducido por un agujero negro dormido de una masa excepcional, alrededor de 33 veces la del Sol. Este es el tercer agujero negro dormido descubierto con Gaia y ha sido astutamente bautizado como Gaia BH3. "La calidad de los últimos datos producidos por el consorcio ha mejorado tanto que esperamos publicar un gran número de agujeros negros auténticos en el catálogo DR4", se entusiasma Berry Holl.
Un récord para nuestra Galaxia
El descubrimiento de Gaia BH3 es muy interesante debido a su masa. Hasta ahora, agujeros negros de esta masa solo habían sido detectados en galaxias lejanas, gracias a las observaciones de ondas gravitacionales realizadas por el consorcio LIGO/Virgo. La masa típica de los agujeros negros de origen estelar conocidos en nuestra galaxia es de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro sol. El récord lo tenía hasta ahora un agujero negro en un binario de rayos X en la constelación del Cisne (Cyg X-1), con una masa estimada de aproximadamente 20 veces la del Sol.
Los astrónomos tienen ahora el desafío de explicar el origen de agujeros negros del tamaño de Gaia BH3. Los conocimientos actuales sobre la evolución de las estrellas masivas no permiten explicar cómo surgieron estos tipos de agujeros negros. La mayoría de las teorías prevén que al envejecer, las estrellas masivas pierden una parte importante de su materia mediante vientos poderosos; finalmente explotan en forma de supernova, dejando detrás una estrella de neutrones o un agujero negro si el núcleo era lo suficientemente masivo en el momento de la explosión.
"Sin embargo, la formación de agujeros negros con una masa igual o superior a 30 veces la del Sol es un verdadero desafío para los modelos de evolución actuales. Por lo tanto, el descubrimiento de Gaia BH3 en nuestra galaxia es una primera oportunidad única para estudiar el entorno en el que residen estos sorprendentemente masivos agujeros negros estelares y entender su origen", explica Nami Mowlavi, investigador en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, miembro del equipo y coautor del artículo.
Un compañero intrigante
Con una órbita de aproximadamente 16 veces la distancia Tierra-Sol, la estrella compañera de Gaia BH3 es bastante inusual: una vieja estrella gigante del halo estelar galáctico, moviéndose en dirección opuesta a las estrellas del disco galáctico. Su trayectoria indica que esta estrella probablemente fue parte de una pequeña galaxia absorbida por la Vía Láctea hace más de 8 mil millones de años. Incluso podría provenir de-un antiguo cúmulo globular hoy disperso. La estrella contiene muy pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, lo que sugiere que el progenitor de Gaia BH3 podría ser también una estrella masiva igualmente pobre en elementos pesados.
Este descubrimiento es destacable. Por primera vez, apoya la idea de que los agujeros negros masivos observados por las detecciones de ondas gravitacionales fueron producidos por el colapso de estrellas masivas primitivas pobres en elementos pesados. Estas estrellas podrían evolucionar de manera diferente a las que observamos en el disco galáctico y en las cercanías del Sol. Podrían retener la mayor parte de su masa hasta el final de su evolución y, una vez agotado el combustible nuclear de su núcleo, colapsar y dejar grandes masas de agujeros negros en el firmamento.
Una apetitosa antesala
El descubrimiento de Gaia BH3 es solo un comienzo, y aún queda mucho por descubrir sobre su desconcertante naturaleza. La colaboración Gaia encontró este tesoro validando los datos preliminares de Gaia. Este descubrimiento es tan excepcional que el equipo decidió anunciarlo sin esperar la próxima publicación oficial de datos, prevista a más tardar a fines del año 2025. "Estoy extremadamente feliz de que podamos compartir este asombroso descubrimiento con todo el mundo", declara Laurent Eyer. Ahora que la curiosidad de los científicos está despierta, este agujero negro y su compañero sin duda serán objeto de muchos estudios detallados en el futuro.