Los ‘agujeros negros rebeldes’ pueden no ser ‘agujeros malignos’ o ‘agujeros negros’

Cuando muere una estrella veinte veces más grande que nuestro sol, puede explotar en una supernova y volver a caer en un denso agujero negro (con la ayuda de la gravedad). Pero esta explosión nunca fue exactamente simétrica, por lo que, a veces, los agujeros negros resultantes pululan por el espacio. Estos objetos errantes a menudo se denominan «agujeros negros rebeldes» porque flotan libremente, sin estar restringidos por otros cuerpos celestes.

Pero ese nombre podría ser un «nombre inapropiado», según jessica bajo, Profesor Asociado de Astronomía en la Universidad de California, Berkeley. Ella prefiere el término «flotación libre» para describir estos agujeros negros. Rogue dice, lo que implica que los beduinos son raros o inusuales, o inútiles.

Este definitivamente no es el caso. Los astrónomos estiman que hay Hasta 100 millones de estos agujeros negros que deambulan por nuestra galaxia. Pero como están aislados, es muy difícil encontrarlos. Hasta hace poco, estos llamados agujeros negros solo se conocían a través de la teoría y los cálculos.

“Son fantasmas, por así decirlo”, dice Lu, quien se ha propuesto encontrar agujeros negros que floten libremente en la Vía Láctea.

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A principios de este año, dos equipos de investigadores espaciales hicieron descubrimientos por separado de lo que podría ser uno de estos agujeros negros errantes. Dirigía uno de estos equipos. casey l, un estudiante graduado en el laboratorio de Lou. El conducía el otro Kailash Si Saho, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial. Ambos grupos publicaron sus artículos en una revista de acceso abierto y gratuito sin revisión de expertos.

Los científicos obtendrán más datos del telescopio espacial Hubble en octubre, lo que según Lu debería ayudar a «resolver el misterio de si se trata de un agujero negro o una estrella de neutrones». «Todavía hay mucha incertidumbre sobre cómo murieron las estrellas y los restos de los fantasmas que dejaron», señala. Cuando las estrellas que son mucho más masivas que nuestro sol se quedan sin combustible nuclear, se cree que colapsan en un agujero negro o una estrella de neutrones. «Pero no sabemos exactamente cuáles mueren y se convierten en estrellas de neutrones o cuáles mueren y se convierten en agujeros negros», agrega Lu. «No sabemos cuándo nace un agujero negro y muere una estrella, ¿hay una explosión violenta en una supernova? ¿O colapsa directamente en un agujero negro y tal vez eructa un poco?»

Dado que los objetos astrales constituyen todo lo que conocemos en el mundo, comprender la vida astral después de la muerte es clave para comprender cómo llegamos a ser nosotros mismos.

Cómo detectar la presencia de un agujero negro en general

Los agujeros negros son invisibles por naturaleza. Atrapan toda la luz que encuentran, por lo que no hay nada que el ojo humano pueda percibir. Entonces, los astrónomos deben ser creativos para descubrir estos objetos oscuros y densos.

Por lo general, buscan anomalías en el gas, el polvo, las estrellas y otras materias que pueden ser causadas por la intensa gravedad del agujero negro. Si un agujero negro arranca material de otro cuerpo celeste, el disco resultante de escombros que rodea el agujero negro puede verse brillantemente. (Así es como los astrónomos toman La primera foto directa de alguien. en 2019 y una imagen del agujero negro en el centro de la Vía Láctea a principios de este año).

Pero si un agujero negro no causa estragos con su fuerza gravitacional, no hay nada que detectar. Este suele ser el caso de estos agujeros negros en movimiento. Entonces, los astrónomos como Lu usan otra técnica llamada microlente astronómica o gravitacional.

“Lo que hacemos es esperar la coincidencia de uno de estos agujeros negros que flotan libremente y una estrella de fondo”, explica Lu. “Cuando los dos se alinean, la luz de la estrella de fondo se distorsiona por la gravedad del agujero negro. [in front of it]. Aparece como una estrella brillante [in the astronomical data]. También hace que haga un pequeño viaje por el cielo, un poco de movimiento, por así decirlo».

La estrella de fondo en realidad no se mueve; parece desviarse de su curso cuando un agujero negro u otro objeto comprimido pasa frente a ella. Esto se debe a que la gravedad del agujero negro distorsiona la estructura del espacio-tiempo, según la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, que cambia la luz de las estrellas.

Los astrónomos usan la lente fina para estudiar todo tipo de fenómenos temporales en el universo, desde supernovas hasta exoplanetas que orbitan alrededor de sus estrellas. Pero esto es difícil de hacer con telescopios terrestres, ya que la atmósfera de la Tierra puede desenfocar las imágenes.

«En astrometría, estás tratando de medir la posición de algo con mucha precisión y necesitas imágenes muy nítidas», explica Lo. Por eso, los astrónomos confían en los telescopios espaciales, como el Hubble, y dos instrumentos terrestres que tienen sistemas sofisticados para adaptarse a la interferencia atmosférica. «En realidad, solo hay tres instalaciones en el mundo que pueden realizar esta medición astrométrica», dice Lu. «Estamos operando a la vanguardia de lo que nuestra tecnología puede hacer hoy».

¿El primer agujero negro perdido?

Fue ese brillo, o «evento de inversión gravitacional», como lo llama Lu, lo que ella y el equipo de Saho detectaron en los datos del Telescopio Espacial Hubble en 2011. Pensaron que algo estaba pasando frente a esta estrella.

Conocer la causa del bamboleo y el cambio en la intensidad de la luz de una estrella requiere dos medidas: brillo y posición. Los astrónomos observan el mismo lugar en el cielo a lo largo del tiempo para ver cómo cambia la luz cuando el objeto pasa frente a la estrella. Esto les da los datos que necesitan para calcular la masa de ese objeto, que a su vez determina si es un agujero negro o una estrella de neutrones.

«Sabemos que lo que hace la lente es pesado. Sabemos que es más pesado que su estrella habitual. Y sabemos que está oscuro», señala Lu. «Pero todavía no estamos seguros de qué tan pesado es y qué tan oscuro es». Si es un poco pesado, por ejemplo, una vez y media la masa de nuestro Sol, entonces en realidad puede ser una estrella de neutrones. Lu explica que si fuera de tres a diez veces el tamaño de nuestro sol, sería un agujero negro.

Cuando los dos equipos recolectaron datos de 2011 a 2017, sus análisis revelaron masas claramente diferentes de este cuerpo compacto. El equipo de Sahu determinó que el objeto errante tiene una masa siete veces la masa de nuestro Sol, lo que lo colocaría directamente en la región del agujero negro. Pero el equipo de Lamm y Lou estimó que era menos masivo, entre 1,6 y 4,4 masas solares, lo que abarca ambas posibilidades.

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Los astrónomos no pueden estar seguros del cálculo correcto hasta que tengan la oportunidad de ver cuán brillante es naturalmente la estrella de fondo y su posición en el cielo cuando nada pasa frente a ella. Lu explica que no se habían enfocado en esta estrella antes de notar su brillo y oscilación inusuales, por lo que ahora tenían la oportunidad de hacer esas observaciones básicas a medida que el efecto de la lente se desvanecía. Estas observaciones provendrán de los nuevos datos del Hubble en el otoño.

Lo que saben es que el objeto en cuestión está en un archivo El brazo espiral del arco de Karina de la Vía Láctea, y actualmente se encuentra a unos 5.000 años luz de la Tierra. El descubrimiento también sugiere que el agujero negro errante más cercano podría estar a menos de 100 años luz de distancia, dice Lu. Pero esto no es motivo de preocupación.

«Los agujeros negros son un drenaje. Si te acercas lo suficiente, te consumirán», señala Lu. «Pero tienes que acercarte mucho más, mucho más de lo que creo que solemos imaginar». El límite alrededor del agujero negro que define la línea en la que la luz aún puede escapar de su gravedad, llamado horizonte de eventos, generalmente tiene menos de 20 millas de radio.

Las probabilidades de que un agujero negro errante pase por nuestro vecindario celestial e interrumpa la vida en la Tierra son «extremadamente pequeñas», dice Lu. «Este es del tamaño de una ciudad. Entonces, un agujero negro puede atravesar el sistema solar y apenas lo notamos».

Pero ella no lo descarta. «Soy un científico», dice ella. «No puedo decir que no haya posibilidad».

Independientemente de si los primeros equipos descubrieron un agujero negro errante o una estrella de neutrones, Lu dice: «La verdadera revolución que muestran estos dos artículos es que ahora podemos encontrar estos agujeros negros usando una combinación de mediciones de brillo y posición». Eso abre la puerta a los descubrimientos de más nómadas que capturan la luz, especialmente con los nuevos telescopios que están en línea, incluido el Observatorio Vera C. Rubin actualmente en construcción en Chile y el Telescopio Espacial Roman Nancy Grace que se lanzará a finales de esta década.

De la forma en que Lu lo ve, «el próximo capítulo de estudios de agujeros negros en nuestra galaxia ya ha comenzado».