Un grupo de investigadores ha descubierto una estrella similar al Sol que orbita alrededor de un agujero negro. Algo que resulta muy interesante porque, entre otras cosas, permite poner a prueba, de nuevo, la popular teoría de la relatividad de Albert Einstein, y los efectos que pronostica…

Una estrella similar al Sol alrededor de un agujero negro de poca actividad

En 1916, Karl Schwarzschild planteó la existencia de agujeros negros como solución a las ecuaciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. A mediados del siglo XX, los astrónomos comenzaron a descubrir agujeros negros con la ayuda de métodos indirectos. Consistía en observar sus efectos en los objetos y espacio a su alrededor. Desde los 80, se han estudiado los agujeros negros supermasivos. Son bestias cósmicas en el centro de las galaxias más masivas del universo. En 2019, pudimos ver por primera vez uno de estos agujeros negros supermasivos.

Una estrella similar al Sol alrededor de un agujero negro
Este es un concepto artístico de un agujero negro llamado Cygnus X-1. Se formó tras el colapso de una estrella gigante, y absorbe la materia de una estrella azul muy cercana (a 0,2 UA de distancia). Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Estas observaciones son una oportunidad para poner a prueba las leyes de la física en las condiciones más extremas. Ofrecen pistas sobre las fuerzas que moldean el universo. Según un nuevo estudio, un equipo de investigadores ha recurrido a los datos de la sonda Gaia para observar una estrella, similar al Sol, con una órbita extraña. Por su naturaleza, han concluido que debe ser parte de un sistema con un agujero negro. Esto lo convierte en el agujero negro más cercano al Sistema Solar. Implica la existencia de una población considerable de agujeros negros durmientes en la Vía Láctea.

Según explican los investigadores, estas observaciones son parte de una campaña más amplia para identificar agujeros negros durmientes que acompañen a estrellas normales en la galaxia. En los últimos cuatro años, han realizado búsquedas con diferentes datos y métodos. En estos intentos habían obtenido una variedad de sistemas binarios que parecían contener agujeros negros. Esta es la primera búsqueda que ha dado resultados positivos. En este caso, parece que el papel de a sonda Gaia ha sido muy útil por toda la información recogida.

La utilidad de un catálogo tan amplio como el de Gaia

A fin de cuentas, la sonda Gaia ha dedicado casi una década a medir posiciones, distancias y movimientos de casi 1000 millones de objetos astronómicos. En ellos se engloban estrellas, planetas, cometas, asteroides y galaxias. Al analizar el movimiento de los objetos mientras orbitan el centro de la Vía Láctea. Es una técnica conocida como astrometría. La sonda Gaia pretende crear el catálogo en 3D más preciso creado hasta la fecha. Los astrónomos han analizado las 168 065 estrellas, del tercer conjunto de datos, que parecían estar en sistemas binarios.

En su análisis han encontrado un candidato muy prometedor. Se trata de una estrella de tipo G (es decir, una enana amarilla) denominada DR3 4373465352415301632. El equipo la ha denominado Gaia BH1. En base a la solución para la órbita que describe, los investigadores determinan que la estrella debe tener un agujero negro como compañero. Los datos de Gaia permiten determinar cómo se mueve la estrella en el cielo. Describe una elipse al orbitar el agujero negro. El tamaño de esa órbita y su periodo permite determinar la masa del compañero.

Aproximadamente, tiene 10 veces la masa del Sol. Para confirmar que su solución es correcta, y descartar alternativas que no incluyan agujeros negros, también observaron la estrella con otros telescopios. Para confirmar las observaciones, recurrieron al método de velocidad radial con diferentes observatorios. Es un método muy parecido al que se utiliza en la búsqueda de exoplanetas. El espectro que proporcionan estas herramientas permite observar y medir las fuerzas gravitacionales que influyen en la órbita de la estrella.

¿Cuántos agujeros negros puede haber en la galaxia?

Así confirman que el compañero de la estrella es un agujero negro. No solo eso, podríamos estar ante el primer agujero negro, de la Vía Láctea, que no ha sido observado por sus emisiones en rayos X u otros procesos. Los modelos, explican los autores, predicen que la galaxia debería contener unos 100 millones de agujeros negros. Solo se han descubierto una veintena. Todos los que se han observado hasta ahora eran sistemas binarios de rayos X. Es decir, un agujero negro está devorando a su estrella compañera. Esto provoca que brille intensamente en el espectro de rayos X.

Concepto artístico de la sonda Gaia. Crédito: ESA/ATG Medialab

Pero esos agujeros negros son solo la punta del iceberg. Podría haber un grupo mucho más grande oculto en sistemas binarios más anchos. El descubrimiento de Gaia BH1 permite entender mejor este grupo. Si se confirmase el hallazgo, indicaría que hay una robusta población de agujeros negros durmientes en la galaxia. Esto englobaría a agujeros negros cuya presencia no es evidente por discos brillantes, ráfagas de radiación o chorros de material expulsados por sus polos. Si estos objetos abundan en la galaxia, podrían afectar a la imagen de la galaxia.

Tendría implicaciones profundas para la evolución de la galaxia y las estrellas. Al mismo tiempo, es posible que este agujero negro durmiente seas una excepción y no un indicativo de una población mucho más grande. Para intentar encontrar las respuestas, el equipo de investigadores está deseando trabajar con el cuarto conjunto de datos de la sonda Gaia. Se trata del Gaia Data Release 4. Eso sí, por ahora no se ha determinado en qué fecha se publicará. La cantidad de información que pondrá a disposición de la comunidad científica es enorme.

Los datos actualizados de Gaia podrían ayudar a encontrar otra estrella similar al Sol alrededor de un agujero negro durmiente (y otros sistemas similares)

En esa publicación de Gaia se incluirán los datos más recientes, en diferentes aspectos, para estrellas, sistemas binarios, galaxias y exoplanetas observados. El cuarto catálogo resulta particularmente interesante porque incluirá los datos de los cinco años de misión principal. Después, se publicará el quinto y último catálogo de datos de la sonda Gaia. El Gaia Data Release 5 será el más completo, porque incluirá los datos de toda la misión. Es decir tanto de los 5 años de misión principal como de los 5 años de misión extendida.

Recreación artística de un agujero negro supermasivo. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Según explican los investigadores, por el hallazgo de Gaia BH1, se puede deducir con que frecuencia debería haber estrellas que sean parte de un sistema binario con un agujero negro durmiente. Creen que el cuarto catálogo debería permitir realizar el descubrimiento de docenas de sistemas similares. A pesar de ello, añaden, con un solo objeto es difícil saber qué implicación tiene sobre el conjunto global de la población. A fin de cuentas podría ser, simplemente, una excepción. De ahí que estén deseando llevar a cabo más estudios.

Al margen de las implicaciones que pueda tener, para la población de estrellas y sistemas binarios de la galaxia, el estudio pone en relieve, de nuevo, la enorme utilidad de Gaia. El tercer catálogo de datos está dando resultados, y eso que todavía no está disponible el conjunto total de la misión principal. Solo podemos imaginar los hallazgos, y el nivel de detalle, que se podrá obtener con los catálogos 4 y 5 de la sonda. Seguro que se sabrá de más de una estrella, similar al Sol, en torno a un agujero negro durmiente, como es el caso de Gaia BH1…

Estudio

El estudio es K. El-Badry, H. Rix, E. Quataert et al.; «A Sun-like star orbiting a black hole». Se publicará en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y puede ser consultado en este enlace.

Referencias: Universe Today