Descubren el agujero negro más cercano a la Tierra

En el invierno del hemisferio sur, brilla a lo alto un punto de luz azul en la constelación de Telescopio. Esta imagen brillante en el cielo, que parece una estrella, en realidad se compone de dos estrellas, y del agujero negro más cercano a la Tierra jamás detectado hasta la fecha.

El recientemente descubierto agujero negro se encuentra a unos 1.011 años luz de nuestro sistema solar en el sistema estelar HR 6819. El objeto invisible, que se dio a conocer hoy en Astronomy & Astrophysics, está dentro de una órbita junto a dos estrellas visibles. Se estima que tiene casi cuatro veces la masa del Sol y se encuentra a unos 2.500 años luz más cerca que el siguiente agujero negro.

"Es increíble que hayamos podido detectarlo a simple vista", comenta el astrónomo Kareem El-Badry, estudiante de doctorado de la Universidad de California, Berkeley, quien se especializa en sistemas estelares binarios, pero no participó en el estudio. "Es un sistema de estrellas relativamente brillantes que se viene estudiando desde los años 80, pero parece que sigue aportando novedades sorprendentes".

En dimensiones humanas, mil años luz es una distancia enorme. Si se hiciera un modelo de la Vía Láctea con una escala tal que la Tierra y el Sol estuvieran a un solo pelo de distancia, el HR 6819 estaría a unos 6,5 km de distancia. Pero en el gran esquema de la galaxia, que tiene más de 100.000 años luz de diámetro, el HR 6819 se encuentra bastante cerca, y sugiere que en la Vía Láctea hay una gran cantidad de agujeros negros.

"Si encuentras uno muy cerca, debe haber en todas partes", comenta el autor principal del estudio Thomas Rivinius, astrónomo del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile.

Agujeros negros entre las estrellas

Desde hace mucho tiempo, los investigadores vienen sosteniendo que en la Vía Láctea hay cientos de millones de agujeros negros, objetos extremadamente densos cuyos campos gravitacionales son tan intensos que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, podría escapar de ellos. Pero ha sido extremadamente difícil encontrar estos objetos oscuros. En la galaxia, decenas han podido ser detectados cuando “se alimentan" de nubes de gas cercanas, un proceso que genera la emisión de rayos X a medida que el material va girando alrededor de los bordes del agujero negro. Pero la mayoría de los agujeros negros en nuestra galaxia son invisibles, por lo que la única forma de encontrarlos es observar sus efectos gravitacionales en los objetos circundantes.

Los astrónomos que estudian el HR 6819 no estaban buscando agujeros negros. Su objetivo era investigar acerca de un par de estrellas extrañas que orbitan entre sí.

La estrella exterior, conocida como una estrella Be, tiene una masa varias veces mayor a la del Sol, y es más ardiente y más azul. En el ecuador, la superficie de la estrella gira a más de 480 km por segundo, 200 veces más rápido que el ecuador del sol. "Giran tan rápido que casi el material se desprende", explica Rivinius.

En 2004, se realizó una campaña de cuatro meses para observar el HR 6819 con el telescopio MPG / ESO de 2,2 metros en el Observatorio La Silla en Chile. La investigación reveló indicios de que el sistema no constaba de estrellas binarias estándar. La estrella interna "normal" parecía estar orbitando otro objeto una vez cada 40,3 días, mientras que la estrella Be más grande orbitaba a una distancia mucho más lejana, rodeando tanto la estrella interna como el misterioso tercer objeto.

Cinco años más tarde, Stan Štefl, del ESO, se encargó de revisar las observaciones, que parecían indicar que había un agujero negro en el HR 6819. Pero en 2014, Štefl murió en un accidente automovilístico, y el trabajo quedó inconcluso.

En noviembre de 2019, Rivinius, un experto en estrellas Be y, durante mucho tiempo colega de Štefl, encontró una nueva razón para volver a investigar el HR 6819. Un equipo de investigación había publicado un estudio que describía un sistema estelar apodado LB-1, el cual tenía un agujero negro con una masa 70 veces más grande que la de nuestro Sol. El trabajo enseguida captó la atención de los expertos. Según lo que sostienen los físicos acerca del origen de los agujeros negros estelares -formados como consecuencia de la supernova de una estrella de masa enorme- es imposible que puedan formarse agujeros negros de ese tamaño. Cuando muere una estrella lo suficientemente grande como para producir agujeros negros con esa masa, la explosión es tal que no puede perdurar ningún elemento de dicho tamaño.

Sin embargo, el equipo de Rivinius notó que los datos de LB-1 eran muy similares a lo que habían recopilado años antes al observar el HR 6819. Se propusieron describir el misterioso tercer objeto del sistema y, basándose en cálculos de la órbita, y el brillo de la estrella interior, se descubrió que el objeto invisible era al menos 4,2 veces más grande que nuestro Sol, un tamaño similar a otros agujeros negros confirmados de la Vía Láctea.

Un objetivo invisible

Si el objeto tiene aproximadamente cuatro veces la masa del Sol, no puede ser una estrella normal, ya que una estrella tan grande sería "muy fácil de detectar", afirma el coautor del estudio Dietrich Baade, científico emérito de la ESO. Tampoco podría ser una estrella de neutrones (núcleos estelares densos que se forman tras ciertas explosiones de supernovas) porque el tamaño es demasiado grande.

Solo un tipo de objeto podría explicar el fenómeno: un agujero negro.

Pero, según El-Badry, todos los estudios de sistemas como el HR 6819, con múltiples objetos cercanos, tienen que lidiar con posibles fuentes de errores. La estrella Be exterior y la estrella interior del HR 6819 están demasiado juntas como para que un telescopio óptico pueda distinguirlas. Las dos estrellas únicamente pueden identificarse por los diferentes espectros de luz que emiten.

En algunos casos, las estrellas más viejas "despojadas" de hidrógeno externo pueden asemejarse a estrellas más jóvenes y más grandes. Si la estrella interna del HR 6819 presenta esta semejanza, los investigadores tendrían que volver a calcular la supuesta masa del agujero negro.

En estudios futuros, los investigadores dirigidos por el coautor del estudio, Petr Hadrava, averiguarán cuál es la luz emitida por el HR 6819 e intentarán revelar los espectros precisos de las dos estrellas, para poder diferenciarlas. El-Badry agrega que el telescopio espacial Gaia de la Agencia Espacial Europea -que está haciendo una fabulosa representación de la Vía Láctea-, puede aportar más detalles sobre las órbitas del HR 6819. Y como el sistema está tan cerca, los astrónomos podrían identificar cada una de las estrellas empleando una técnica llamada interferometría, que une varios telescopios; algo similar a lo que se implementó para obtener imágenes de un agujero negro supermasivo.

"Por lo general, cuando tenemos un agujero negro con una estrella alrededor, no podemos ver la estrella que lo rodea", explica la coautora del estudio Marianne Heida, becaria postdoctoral de la ESO. "Está tan cerca, deberíamos poder ver el movimiento ... y eso significa que, si todo funciona, podríamos definir la masa del agujero negro de forma más precisa".

Con el trabajo que planean seguir realizando, los investigadores rinden homenaje a Štefl, el primero en ir tras el agujero negro. "Stan era muy cauteloso", expresa Rivinius con una sonrisa. "Probablemente hoy me miraría fijo y me preguntaría: ¿Estás seguro?".