10 de Febrero de 2022
Agujeros negros

Primera detección de un agujero negro aislado

El objeto errante se detectó a partir del efecto de microlentes gravitatorias y podría aportar información sobre las explosiones de supernova.

Simulación de un agujero negro que muestra la distorsión de la luz que produce su intensa gravedad. [Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA; ESA/Gaia/DPAC (fondo)]

Es probable que la Vía Láctea esté repleta de agujeros negros solitarios, pero es muy difícil detectarlos. Ahora los astrónomos han visto uno por primera vez, vagando sin compañía por nuestra galaxia. Los agujeros negros normalmente revelan su presencia cuando interactúan con otros astros, por ejemplo con una estrella compañera. El estudio de los agujeros negros aislados, una clase distinta de cuerpos celestes, debería ayudar a los científicos a comprender cómo se forman y cuán abundantes son.

Los agujeros negros son tan masivos que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria, por lo que resultan invisibles. Permanecen ocultos a no ser que interactúen con otros objetos estelares, por ejemplo, sobrecalentando la materia de una estrella compañera, o colisionando entre ellos para generar ondas gravitacionales que viajan a través del universo.

Se cree que los agujeros negros solitarios son comunes y se forman cada vez que una estrella con más de unas 20 masas solares llega al final de su vida. «Debería haber 100 millones de esos agujeros negros en la galaxia, tendrían que estar por todas partes, pero es muy complicado encontrarlos», afirma Kailash Sahu, astrónomo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial que dirigió el equipo responsable del descubrimiento.

Confirmar la presencia del agujero negro requirió diez años de observaciones con el telescopio espacial Hubble de la NASA y varios observatorios terrestres. El pasado 31 de enero se publicó un artículo que detalla el hallazgo y, aunque aún no se ha sometido al proceso de revisión por pares, ya está entusiasmando a los astrónomos. «Creo que es un descubrimiento muy emocionante e importante», valora Selma de Mink, astrofísica del Instituto Max Planck de Astrofísica de Garching.

Enfocar las estrellas

Para detectar el agujero negro solitario, el equipo empleó la técnica de las microlentes. Los investigadores buscaron estrellas que cuyo brillo pareciera intensificarse debido al paso de un objeto invisible. Este actuaría como una lente, desviando y enfocando la luz de la estrella por medio de su atracción gravitatoria. Los objetos muy masivos, como los agujeros negros, afectan a una zona más extensa del espacio, por lo que el aumento de brillo dura más tiempo. Pero un objeto tenue y más ligero (por ejemplo, una estrella de neutrones) que se mueva con una lentitud inusual también podría causar un incremento prolongado.

El equipo seleccionó ocho objetos que no producían luz propia, pero intensificaban el brillo de una estrella de fondo durante al menos 200 días. Tras realizar nuevas observaciones, han obtenido suficientes datos para afirmar que uno de ellos es un agujero negro.

Durante seis años, los investigadores emplearon el telescopio espacial Hubble para medir el modo en que el objeto errante parecía modificar la posición de una estrella en el cielo. Esa desviación es minúscula: estudiarla desde la Tierra equivale a medir desde Nueva York el ancho de una moneda situada en Los Ángeles, según Sahu. [Esas ciudades se encuentran a unos 4000 kilómetros de distancia.]

Usando las ecuaciones que derivó Albert Einstein en 1915, los investigadores lograron calcular que el objeto invisible pesa unas siete veces más que la del Sol: es lo bastante masivo como para estar seguros de que se trata de un agujero negro. «Han sido los primeros en detectar de forma inequívoca un agujero negro aislado», confirma De Mink.

Eric Agol, astrónomo de la Universidad de Washington en Seattle, coincide en que la detección es mucho más convincente que otros resultados anteriores sobre agujeros negros solitarios. Agol es uno de los investigadores que hace veinte años propusieron la combinación de técnicas (medición del aumento de brillo y de la desviación) que ha conducido al descubrimiento.

Por último, los autores también obtuvieron información adicional procedente de observatorios terrestres que registraron el aumento de brillo. Las ligeras diferencias en el ángulo con que la luz incide en varios lugares del planeta crearon un efecto de paralaje, que sirvió para determinar que el agujero negro se halla a 1,58 kiloparsecs (5150 años luz) de la Tierra.

El impulso de una supernova

Juntando la distancia y masa del objeto con la duración del aumento de brillo, los autores también descubrieron que el agujero negro se desplaza por nuestro campo de visión a unos 45 kilómetros por segundo. Esa velocidad es algo mayor que las de otras estrellas de sus inmediaciones, que se mueven a 10-30 kilómetros por segundo, señala Sahu. Eso podría indicar que el agujero negro recibió un impulso extra cuando se formó en el centro de una explosión de supernova. «Vaya manera de nacer», bromea.

Esa medición es interesante porque el impulso que reciben los agujeros negros al nacer sigue siendo objeto de «intenso debate», y tiene implicaciones para entender las supernovas, apunta Ilya Mandel, astrónomo de la Universidad Monash de Melbourne. Pero añade que los astrónomos solo conocen la velocidad del agujero negro en una dirección: podría seguir siendo más parsimonioso que sus vecinas si se moviera más despacio que ellas en otra dirección, por ejemplo, en la que se aleja de la Tierra. El trabajo es «un muy buen resultado que pone en práctica una técnica apasionante, pero aún restan muchas preguntas», opina.

Con un solo ejemplo no se puede aprender mucho, pero el equipo aún tiene que examinar otros tres objetos prometedores. Si las detecciones siguen llegando, podrían ayudar a los astrónomos a descubrir mucho más sobre el origen y la frecuencia de los agujeros negros aislados, afirma Feryal Özel, astrónoma de la Universidad de Arizona en Tucson. «No debemos inferir nada a partir de un solo dato, pero estoy entusiasmada», admite.

La técnica que ha empleado el equipo también debería permitir que los astrónomos identifiquen una mayor variedad de agujeros negros de los que suelen ver con los métodos actuales, como la observación de estrellas compañeras, añade Mandel. «Necesitamos muchas formas de estudiar los agujeros negros para componer una imagen completa», concluye.

Elizabeth Gibney/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.

Referencia: «An isolated stellar-mass black hole detected through astrometric microlensing», Kailash C. Sahu et al. en arXiv:2201.13296 [astro-ph.SR], 31 de enero de 2022.

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