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Espacio

Enigmas de los agujeros negros: cuanto más hallamos, menos sabemos

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Nuevos datos sobre el objeto encontrado hace 57 años en Cygnus X-1 nos obligan a revisar los modelos de pérdida de masa por los vientos estelares

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 02 Marzo, 2021

Einstein predijo la existencia de agujeros negros por primera vez cuando publicó su teoría de la relatividad general en 1916, en la que describía cómo la gravedad da forma al tejido del espacio-tiempo. Pero los astrónomos no detectaron ninguno hasta 1964, a unos 6.070 años luz de distancia en la constelación de Cygnus.

Los contadores Geiger lanzados al espacio detectaron rayos X cósmicos procedentes de una región denominada Cygnus X-1. (Ahora sabemos que los rayos cósmicos son producidos por los agujeros negros. Pero, en aquel entonces, los científicos no tenían ni idea qué era. Incluso se hizo famosa la apuesta de Stephen Hawking al físico Kip Thorne de que esta señal no provenía de un agujero negro, hasta que admitió su error en 1990).

Unos 57 años después, los científicos han descubierto que el agujero negro en Cygnus X-1 es mucho más grande de lo que se creía en un principio, lo que nos obliga a repensar, una vez más, cómo se forman y desarrollan los agujeros negros. Esta vez, las observaciones se realizaron desde la superficie de la Tierra.

El investigador del Centro Internacional de Investigación en Radioastronomía de la Universidad Curtin en Australia y autor principal del reciente estudio, publicado en Science, James Miller-Jones, admite: "Hasta cierto punto, fue un resultado fortuito. Al principio no nos habíamos propuesto volver a medir la distancia y la masa del agujero negro, pero después de analizar los datos, nos dimos cuenta de todo su potencial".

Los agujeros negros son objetos tan masivos que se supone que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria, y mucho menos la materia física. Sin embargo, a veces inexplicablemente expulsan chorros de radiación y materia ionizada al espacio. Miller-Jones y su equipo querían investigar cómo se absorbe y expulsa la materia de los agujeros negros, por lo que decidieron examinar más de cerca a Cygnus X-1.

Observaron el agujero negro durante seis días mediante la red de 10 radiotelescopios Very Long Baseline Array, ubicados en América del Norte desde Hawái hasta las Islas Vírgenes (ambas en EE. UU.). Su resolución es comparable a la que haría falta para detectar un objeto de 10 centímetros en la Luna, y es la misma técnica que utilizó el Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) para tomar la primera foto de un agujero negro.

Mediante una combinación de mediciones que involucran ondas de radio y temperaturas, el equipo modeló las órbitas precisas del agujero negro de Cygnus X-1 y de la estrella supergigante masiva HDE 226868 (los dos objetos orbitan entre sí). Conocer las órbitas de cada objeto permitió al equipo extrapolar sus masas; en el caso del agujero negro, fue de 21 masas solares, que es aproximadamente un 50 % más de lo que se pensaba. 

La masa de los agujeros negros depende de varios factores, especialmente del tamaño de la estrella que colapsó en el agujero negro y de la cantidad de masa que se erosiona en forma de viento estelar. Las estrellas más calientes y brillantes tienden a producir vientos estelares más volátiles y también suelen pesar más. Así que, cuanto más masiva es una estrella, más propensa es a perder masa a través del viento estelar antes y durante su colapso, lo que da como resultado un agujero negro más claro. 

Pero, en general, los científicos pensaban que los vientos estelares de la Vía Láctea eran lo suficientemente fuertes como para limitar la masa de los agujeros negros a un tamaño inferior a 15 masas solares, independientemente del tamaño inicial de las estrellas. Los nuevos hallazgos claramente alteran esas estimaciones

Miller-Jones confirma: "El hecho de encontrar un agujero negro significativamente más grande que este límite indica que debemos revisar nuestros modelos sobre cuánta masa pierden las estrellas más grandes en los vientos estelares a lo largo de su vida". Puede que los vientos estelares que se mueven a través de la Vía Láctea sean menos poderosos de lo que pensamos, o que las estrellas pierden masa de otras formas. O podría significar que los agujeros negros se comportan de una manera más errática de lo que podemos prever.

El equipo planea llevar a cabo un seguimiento con más observaciones de Cygnus X-1. Otros instrumentos, como el Square Kilometer Array planeado en Australia y Sudáfrica, podrían proporcionar mejores vistas de este y de otros agujeros negros cercanos. Podría haber entre 10 millones y 1.000 millones de agujeros negros en la Vía Láctea, por lo que estudiar algunos de ellos ayudaría a aclarar este misterio.

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