Un agujero negro inactivo fuera de nuestra galaxia

Utilizando el Very Large Telescope, los astrónomos han descubierto un agujero negro de masa estelar en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia vecina a la nuestra.

cúmulo de estrellas[{» attribute=»»>black hole in the Large Magellanic Cloud, a neighbor galaxy to our own, has been found by a team of international experts, renowned for debunking several black hole discoveries. “For the first time, our team got together to report on a black hole discovery, instead of rejecting one,” says project leader Tomer Shenar. Furthermore, they discovered that the star that gave rise to the black hole vanished with no trace of a massive explosion. Six years of observations with the European Southern Observatory’s (ESO) Very Large Telescope (VLT) resulted in the finding.

La Policía de Agujeros Negros, un equipo de astrónomos conocido por hacer descubrimientos de agujeros negros, informa haber encontrado una «aguja en un pajar». Después de buscar cerca de 1.000 estrellas fuera de nuestra galaxia, encontraron que una de ellas tiene un agujero negro de masa estelar como compañero. Este breve video resume el descubrimiento. Crédito: ESO

«Identificamos una ‘aguja en un pajar'», dijo Tomer Schnarer, quien comenzó a estudiar en la Universidad de Lovaina en Bélgica.^[1] Ahora es becaria Marie Curie en la Universidad de Ámsterdam, Países Bajos. Otros similares candidatos a agujeros negros Sin embargo, se ha propuesto antes, y el equipo dice que este es el primer agujero negro de masa estelar ‘inactivo’ que se encuentra de manera concluyente fuera de nuestra galaxia.

La impresión de este artista muestra cómo se vería el sistema binario VFTS 243 si lo observáramos de cerca. El sistema, ubicado en la Nebulosa de la Tarántula en la Gran Nube de Magallanes, consiste en una estrella azul caliente de 25 veces la masa del Sol y un agujero negro, al menos nueve veces la masa del Sol. El tamaño de los dos componentes binarios no se puede medir: de hecho, la estrella azul es unas 200.000 veces más grande que el agujero negro.
Tenga en cuenta que el efecto de «lente» alrededor del agujero negro se muestra solo con fines ilustrativos, para que este objeto oscuro sea más visible en la imagen. La inclinación del sistema significa que cuando se ve desde la Tierra, no podemos notar que el agujero negro oscurece la estrella. Crédito: ESO/L.Calsada

Cuando las estrellas grandes se acercan al final de sus vidas y colapsan bajo la influencia de su gravedad, surgen agujeros negros de masa estelar. En un sistema de dos estrellas que se orbitan entre sí, lo que se conoce como binario, este proceso deja un agujero negro en órbita con una estrella compañera luminosa. Si un agujero negro no emite altos niveles de rayos X, que es la forma en que generalmente existen estos agujeros negros, se dice que está «dormido».

«Es increíble que apenas conozcamos agujeros negros inactivos, dado lo comunes que los astrónomos creen que son», explica el coautor Pablo Marchant de KU Leuven. El agujero negro recién descubierto tiene nueve veces la masa de nuestro sol y orbita una estrella azul caliente de 25 veces la masa de nuestro sol.

Debido a que los agujeros negros interactúan muy poco con su entorno, los agujeros negros inactivos son especialmente difíciles de detectar. «Durante más de dos años, hemos estado buscando tales sistemas binarios de agujeros negros», dice Julia Bodensteiner, investigadora asociada de ESO en Alemania. «Me emocioné mucho cuando escuché sobre VFTS 243, que en mi opinión es el candidato más convincente informado hasta la fecha».^[2]

La Nebulosa de la Tarántula brilla a unos 160.000 años luz de distancia y es la característica más genial de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea. Esta imagen del VLT Survey Telescope en el Observatorio Paranal de ESO en Chile muestra la región y sus ricos alrededores con gran detalle. Revela una vista cósmica de cúmulos de estrellas, nubes de gas brillantes y los restos dispersos de explosiones de supernovas. Crédito: ESO

Para encontrar VFTS 243, una colaboración buscó cerca de 1.000 estrellas masivas en la región de la Nebulosa de la Tarántula de la Gran Nube de Magallanes, que buscaba específicamente aquellas que podrían tener agujeros negros como compañeros. Dado que hay tantas posibilidades alternativas, es muy difícil identificar a estos compañeros como agujeros negros.

Como investigador tiene Exponiendo agujeros negros potenciales En los últimos años, he sido muy escéptico sobre este descubrimiento «, dice Shnar. El escepticismo es compartido por Karim El-Badry, coautor del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian en los EE. UU., a quien Shnar llama «el destructor del agujero negro.» Cuando Tomer me pidió que verificara los hallazgos de His, tuve dudas. Pero no encontré una explicación razonable para los datos que no estén relacionados con el agujero negro”, explica Al-Badri.

Esta imagen compuesta muestra la región de formación de estrellas 30 Doradus, también conocida como la Nebulosa de la Tarántula. La imagen de fondo, tomada en infrarrojo, es en sí misma una composición: tomada por el instrumento HAWK-I en el Very Large Telescope (VLT) de ESO y el Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy (VISTA), que muestra estrellas brillantes y nubes rosadas de luz caliente a gas. Las líneas rojas y amarillas brillantes superpuestas en la imagen provienen de observaciones de radio tomadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), que revelan regiones de gas denso y frío que tienen el potencial de colapsar y formar estrellas. La estructura única en forma de red de las nubes de gas llevó a los astrónomos a acuñar el apodo de araña de la nebulosa.
Crédito: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al. , ESO/M.-R. Estudio de la Nube de Magallanes Cioni/VISTA. Agradecimientos: Unidad de Estudios Astronómicos de Cambridge

El descubrimiento también le da al equipo una visión única de los procesos que acompañan a la formación de agujeros negros. Los astrónomos creen que un agujero negro de masa estelar se forma cuando el núcleo de una estrella masiva moribunda colapsa, pero aún no se sabe si esto va acompañado de una poderosa explosión de supernova o no.

«La estrella que formó el agujero negro en VFTS 243 parece haberse derrumbado por completo, sin señales de una explosión anterior», explica Schnarer. La evidencia de este escenario de «colapso directo» ha surgido recientemente, pero nuestro estudio proporciona una de las indicaciones más directas, sin duda. Esto tiene enormes implicaciones para el origen de las fusiones de agujeros negros en el universo».

En este video, salimos de nuestra galaxia natal hacia la Gran Nube de Magallanes (LMC), una galaxia satélite de[{» attribute=»»>Milky Way. The LMC is the home of one of the brightest known nebulae, the Tarantula Nebula, which was discovered in the mid-18th century. The Tarantula Nebula hosts the binary system VFTS 243, where this video eventually ends. The system might seem like a lone hot blue star, but the other component is in fact invisible to us: a black hole, weighing at least nine times the mass of our Sun, and about 200 000 times smaller than its stellar companion.

The black hole in VFTS 243 was found using six years of observations of the Tarantula Nebula by the Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) instrument on ESO’s VLT.^[3]

A pesar del apodo de «Policía de agujero negro», el equipo fomenta activamente el escrutinio y espera que su trabajo se publique hoy (18 de julio de 2022) en astronomía naturalpermitirá la detección de otros agujeros negros de masa estelar que orbitan estrellas masivas, miles de los cuales se espera que se encuentren en la Vía Láctea y en las Nubes de Magallanes.

Al-Badri concluyó su discurso diciendo: «Por supuesto que espero que otros en este campo analicen cuidadosamente nuestro análisis y traten de preparar modelos alternativos». «Es un proyecto muy emocionante en el que participar».

Esta animación muestra cómo se vería el sistema binario VFTS 243 si lo observáramos de cerca y con una inclinación diferente a la que lo vemos desde la Tierra. El sistema consta de una estrella azul caliente de 25 veces la masa del Sol y un agujero negro, que tiene al menos nueve veces la masa del Sol. El tamaño de los dos componentes binarios no se puede medir: de hecho, la estrella azul es unas 200.000 veces más grande que el agujero negro. Crédito: ESO/L.Calsada

notas

1. El trabajo se llevó a cabo en un equipo dirigido por Hugues Sana en el Instituto de Astronomía KU Leuven.
2. Un estudio separado, dirigido por Laurent Mahy, incluyó a muchos miembros del mismo equipo y fue aceptado para su publicación en Astronomía y astrofísicainforma otro candidato prometedor de agujero negro para la masa estelar, en el sistema HD 130,298 en nuestra Vía Láctea.
3. Las observaciones utilizadas en el estudio abarcan unos seis años: consisten en datos de Estudio de tarántulas VLT FLAMES (dirigido por Chris Evans, Centro de Tecnología Astronómica del Reino Unido, STFC, Observatorio Real, Edimburgo; ahora en ESA) Obtenido de 2008 y 2009, y datos adicionales de Reloj binario gigante de Tarántula Programa (dirigido por Hugues Sana, KU Leuven), adquirido entre 2012 y 2014.

más información

Referencia «Agujero negro de rayos X silencioso nacido con una ligera patada en el binario masivo de la Gran Nube de Magallanes» 18 de julio de 2022, astronomía natural.
DOI: 10.1038 / s41550-022-01730-y

La investigación que condujo a estos resultados recibió financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del Programa de Investigación e Innovación de la Unión Europea (Horizonte 2020) (Acuerdo de subvención n.º 772225: MULTIPLES) (PI: Sana).

El equipo está formado por T. Shenar (Instituto de Astronomía, KU Leuven, Bélgica) [KU Leuven]; Instituto de Astronomía Anton Pannekoek, Universidad de Ámsterdam, Ámsterdam, Países Bajos [API]), H. Sana (KU Leuven), L. Mahy (Observatorio Real de Bélgica, Bruselas, Bélgica), K. El-Badry (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, Cambridge, EE. UU. [CfA]; Sociedad de becarios de Harvard, Cambridge, EE. UU.; Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]), P. Marchant (KU Leuven), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemania, Instituto Max Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania [MPIfR]), C. Hawcroft (KU Leuven), M. Fabry (KU Leuven), K. Sen (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Alemania, MPIfR), LA Almeida (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Brasil Universidade do Estado do Rio Grande do Norte, Mossoró, Brasil), M. Abdul-Masih (ESO, Santiago, Chile), J. Bodensteiner (ESO, Garching, Alemania), P. Crowther (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Sheffield , Reino Unido), M. Gillis (ICREA, Barcelona, ​​España; Cosmos Institute of Science, Universidad de Barcelona, ​​Barcelona, ​​España), M. Gromadzki (Observatorio Astronómico, Universidad de Varsovia, Polonia) [Warsaw]), V. Henault-Brunet (Departamento de Astronomía y Física, Universidad de Saint Mary, Halifax, Canadá), A. Herrero (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, España) [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, España [IAC-ULL]), A. de Koter (KU Leuven, API), P. Iwanek (Varsovia), S. Kozlowski (Varsovia), DJ Lennon (IAC, IAC-ULL), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, España), P. Mróz (Varsovia), AFJ Moffat (Departamento de Física e Instituto de Investigación de Exoplanetas, Universidad de Montreal, Canadá), A. Picco (KU Leuven), P. Pietrukowicz (Varsovia), R.Poleski (Varsovia ), K. Rybicki (Varsovia y Departamento de Física de Partículas y Astrofísica, Instituto de Ciencias Weizmann, Israel), FRN Schneider (Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg, Heidelberg, Alemania [HITS]; Astronomisches Rechen-Institut, Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, Heidelberg, Alemania), DM Skowron (Varsovia), J. Skowron (Varsovia), I. Soszynski (Varsovia), MK Szymanski (Varsovia), S. Toonen (API), A. Udalski (Varsovia), K. Ulaczyk (Departamento de Física, Universidad de WarwickReino Unido), J. S. Vink (Observatorio y Planetario de Armagh, Reino Unido) y M. Wrona (Varsovia).