Hubble determina la masa del agujero negro aislado que vaga por nuestra galaxia, la Vía Láctea

10 de junio de 2022

(Noticias de NanwerkLos astrónomos estiman que 100 millones de agujeros negros vagan entre las estrellas de nuestra Vía Láctea, pero nunca han identificado un agujero negro solitario. Después de seis años de cuidadosas observaciones, el telescopio espacial Hubble de la NASA proporcionó, por primera vez, evidencia directa de un agujero negro solitario que se desplaza a través del espacio interestelar al medir con precisión la masa del fantasma. Hasta ahora, todas las masas de los agujeros negros se han inferido estadísticamente, o por interacciones en sistemas binarios o en los núcleos de las galaxias. Los agujeros negros de masa estelar generalmente se encuentran con estrellas compañeras, lo que hace que este sea inusual.

El agujero negro errante recién descubierto se encuentra a unos 5.000 años luz de distancia, en el brazo espiral Carina-Sagitario de nuestra galaxia. Sin embargo, su descubrimiento permite a los astrónomos estimar que el agujero negro de masa estelar más cercano aislado de la Tierra puede estar a unos 80 años luz de distancia. La estrella más cercana a nuestro sistema solar, Proxima Centauri, está a poco más de 4 años luz de distancia. Ilustración de un primer plano de un agujero negro a la deriva a través de nuestra galaxia, la Vía Láctea Esta es una ilustración de un primer plano de un agujero negro a la deriva a través de nuestra Vía Láctea. Un agujero negro es el remanente destrozado de una estrella masiva que explotó como una supernova. El núcleo restante tiene varias veces la masa de nuestro Sol. Un agujero negro atrapa la luz debido a su intenso campo gravitatorio. Un agujero negro distorsiona el espacio que lo rodea, distorsionando las imágenes de las estrellas de fondo alineadas casi directamente detrás de él. ofrece efecto «la lente» La atracción gravitacional es la única evidencia que emana de la existencia de agujeros negros solitarios que vagan por nuestra galaxia, que puede tener una población de hasta 100 millones de personas. El telescopio espacial Hubble busca estos agujeros negros buscando distorsión en la luz de las estrellas cuando los agujeros negros se desplazan frente a las estrellas de fondo. (Foto: FECYT, IAC)

Los agujeros negros que vagan por nuestra galaxia nacen de estrellas monstruosamente raras (menos de una de cada mil estrellas en la galaxia) que son al menos veinte veces más masivas que nuestro sol. Estas estrellas explotan como supernovas y el núcleo restante es aplastado por la gravedad en un agujero negro. Debido a que la autodetonación no es exactamente simétrica, un agujero negro podría salir disparado y moverse a través de nuestra galaxia como una bala de cañón que explota.

Los telescopios no pueden obtener imágenes de un agujero negro perdido porque no emiten ninguna luz. Sin embargo, el agujero negro distorsiona el espacio, que a su vez desvía y amplifica la luz de las estrellas de lo que sea que se alinee temporalmente detrás de él.

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Los telescopios terrestres, que observan el brillo de millones de estrellas en ricos campos estelares hacia la protuberancia central de nuestra Vía Láctea, están buscando el brillo repentino de uno de ellos cuando un objeto masivo pasa entre nosotros y la estrella. Luego Hubble sigue los eventos más interesantes.

Dos equipos utilizaron datos del Hubble en sus investigaciones, uno dirigido por Kailash Sahu del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland («Agujero negro de masa estelar aislado detectado a través de una lente astronómica precisa»); El otro es de Casey Lamm de la Universidad de California, Berkeley («Un agujero negro de brecha de masa aislado o una estrella de neutrones detectados mediante microlente astronómica»). Los resultados de los dos equipos difieren ligeramente, pero ambos indican un cuerpo compacto.

La curvatura del espacio debido a la gravedad de un objeto en primer plano que pasa frente a una estrella ubicada muy atrás doblará y amplificará temporalmente la luz de la estrella de fondo cuando pasa frente a ella. Los astrónomos usan este fenómeno, llamado microlente gravitacional, para estudiar estrellas y exoplanetas en los casi 30,000 eventos vistos hasta ahora dentro de nuestra galaxia.  data-lazy-src=

La firma del agujero negro en primer plano se destaca como única entre otros eventos de microlente. La intensa gravedad del agujero negro extendería la duración del evento de formación de lentes en más de 200 días. Además, si el objeto que interfiere fuera una estrella en primer plano, esto daría como resultado un cambio de color transitorio en la luz de la estrella medida porque la luz de las estrellas de primer plano y de fondo se mezclarían temporalmente. Pero no se observó ningún cambio de color en el evento del agujero negro.

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A continuación, se utilizó Hubble para medir cuánto desvía el agujero negro la imagen de la estrella de fondo. Hubble tiene la precisión superior necesaria para tales mediciones. La imagen de la estrella se desplaza de su posición normal alrededor de un milisegundo. Esto es equivalente a medir el diámetro de una moneda de 25 centavos en Los Ángeles vista desde la ciudad de Nueva York.

Esta tecnología de lente astronómica precisa proporcionó información sobre la masa, la distancia y la velocidad del agujero negro. La cantidad de desviación causada por la extrema curvatura del espacio del agujero negro permitió al equipo de Saho estimar que pesa siete masas solares.

El equipo de Lamm informó un rango de masas ligeramente más bajo, lo que significa que el objeto podría ser una estrella de neutrones o un agujero negro. Estimaron que la masa del objeto compacto invisible oscilaba entre 1,6 y 4,4 veces la masa del Sol. En el extremo superior de este rango, el objeto sería un agujero negro; En el extremo inferior, será una estrella de neutrones.

Jessica Lowe de Berkeley dijo: «Por mucho que nos gustaría decir que definitivamente es un agujero negro, tenemos que informar todas las soluciones permitidas. Esto incluye tanto agujeros negros de menor masa como posiblemente incluso estrellas de neutrones.».

Lam agregó: «Sea lo que sea este objeto, es el primer remanente estelar oscuro que se descubre mientras deambula por la galaxia sin la compañía de otra estrella.».

Esta fue una medida particularmente difícil porque hay una estrella brillante no relacionada muy cerca en la distancia angular a la estrella fuente. saho dijo: «Es como tratar de medir el pequeño movimiento de una luciérnaga junto a una bombilla de luz brillante.». «Tuvimos que restar con precisión la luz de la estrella brillante cercana para medir con precisión la desviación de la fuente débil.»

El equipo de Saho estima que un agujero negro aislado viaja a través de la galaxia a 100 000 millas por hora, o 160 000 kilómetros por hora (lo suficientemente rápido como para viajar de la Tierra a la Luna en menos de tres horas). Eso es más rápido que la mayoría de las otras estrellas cercanas en esa región de nuestra galaxia.

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saho dijo: «La lente astronómica precisa es conceptualmente simple pero extremadamente difícil de observar.». «La microlente es la única tecnología disponible para identificar agujeros negros aislados.» Cuando el agujero negro pasó frente a una estrella de fondo ubicada a 19.000 años luz de distancia en el bulto galáctico, la luz de las estrellas que llegaba a la Tierra se amplificó durante 270 días a medida que pasaba el agujero negro. Sin embargo, tomó varios años de observaciones del Hubble para seguir cómo la ubicación de la estrella de fondo parece estar sesgada por la curvatura de la luz por el agujero negro en el primer plano.

La existencia de agujeros negros de masa estelar se conoce desde principios de la década de 1970, pero todas las mediciones de sus masas, hasta ahora, se han realizado en sistemas estelares binarios. El gas de la estrella compañera cae en el agujero negro y se calienta a temperaturas tan altas que emite rayos X. Las masas de unas dos docenas de agujeros negros en binarias de rayos X han sido medidas por el efecto de la gravedad sobre sus compañeros. Las estimaciones de masa oscilan entre 5 y 20 masas solares. Los agujeros negros fueron detectados en otras galaxias por ondas gravitacionales generadas por fusiones entre agujeros negros y sus objetos compañeros, alcanzando una altura de 90 masas solares.

saho dijo: «Los descubrimientos de agujeros negros aislados proporcionarán nuevos conocimientos sobre la cantidad de tales objetos en nuestra Vía Láctea.». Pero es una búsqueda con una aguja en un pajar. La predicción es que solo uno de unos cientos de eventos de microlente es causado por agujeros negros aislados.

El próximo telescopio espacial romano de la NASA, Nancy Grace, detectará varios miles de eventos de microlente, muchos de los cuales se espera que sean agujeros negros, y las aberraciones se medirán con una precisión muy alta.

En un artículo de 1916 sobre relatividad general, Albert Einstein predijo que su teoría podría probarse observando la gravedad del Sol compensando la posición aparente de una estrella de fondo. Esto fue probado por una colaboración dirigida por los astrónomos Arthur Eddington y Frank Dyson durante un eclipse solar el 29 de mayo de 1919. Eddington y sus colegas midieron una estrella de fondo compensada por dos segundos de arco, lo que confirma la validez de las teorías de Einstein. Estos científicos no podrían haber imaginado que más de un siglo después, esta misma tecnología, con una precisión inimaginable de hasta mil veces, se usaría para buscar agujeros negros en toda la galaxia.

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