¡Agujero negro INVISIBLE! El Telescopio Espacial Hubble hace una primera vez, encuentra lo que nunca se ha visto

Los astrónomos tomaron la primera imagen directa de un agujero negro en 2019, gracias al material que brillaba en su presencia. Pero muchos agujeros negros son en realidad casi imposibles de detectar. Ahora, otro equipo que utiliza el telescopio espacial Hubble de la NASA parece haber encontrado finalmente algo que nadie había visto antes: un agujero negro que es completamente invisible. La investigación, que se publicó en línea y se envió para su publicación en el Astrophysical Journal, aún no ha sido revisada por pares.

Los agujeros negros son lo que queda después de que las estrellas grandes mueren y sus núcleos colapsan. Son increíblemente densos, con una gravedad tan fuerte que nada puede moverse lo suficientemente rápido para escapar de ellos, incluida la luz. Los astrónomos están interesados ​​​​en estudiar los agujeros negros porque pueden decirnos mucho sobre las formas en que mueren las estrellas. Al medir las masas de los agujeros negros, podemos saber qué sucedía en los momentos finales de las estrellas, cuando sus núcleos colapsaban y sus capas exteriores eran expulsadas.

Puede parecer que los agujeros negros son, por definición, invisibles; después de todo, se ganaron su nombre por su capacidad para atrapar la luz. Pero aún podemos detectarlos a través de la forma en que interactúan con otros objetos gracias a su fuerte gravedad. Se han detectado cientos de pequeños agujeros negros por la forma en que interactúan con otras estrellas.

Hay dos enfoques diferentes para tal detección. En las «estrellas binarias de rayos X», en las que una estrella y un agujero negro orbitan un centro compartido mientras producen rayos X, el campo gravitacional de un agujero negro puede extraer material de su compañero. El material rodea el agujero negro, calentándose por fricción mientras lo hace. El material caliente brilla con luz de rayos X, haciendo visible el agujero negro, antes de ser absorbido por el agujero negro y desaparecer. También puede detectar pares de agujeros negros a medida que se fusionan, girando en espiral hacia adentro y emitiendo un breve destello de ondas gravitacionales, que son ondas en el espacio-tiempo.

Sin embargo, hay muchos agujeros negros rebeldes que se desplazan por el espacio sin interactuar con nada, lo que los hace difíciles de detectar. Eso es un problema, porque si no podemos detectar agujeros negros aislados, entonces no podemos aprender sobre cómo se formaron y sobre la muerte de las estrellas de las que provienen.

Nuevos horizontes oscuros

Para descubrir un agujero negro tan invisible, el equipo de científicos tuvo que combinar dos tipos diferentes de observaciones durante varios años. Este impresionante logro promete una nueva forma de encontrar la clase previamente esquiva de agujeros negros aislados.

La Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein predijo que los objetos masivos desviarán la luz cuando pase por ellos. Eso significa que cualquier luz que pase muy cerca de un agujero negro invisible, pero no lo suficientemente cerca como para terminar dentro de él, se doblará de manera similar a la luz a través de una lente. Esto se llama lente gravitacional y se puede detectar cuando un objeto de primer plano se alinea con un objeto de fondo, desviando su luz. El método ya se ha utilizado para estudiar todo, desde cúmulos de galaxias hasta planetas alrededor de otras estrellas.

Los autores de esta nueva investigación combinaron dos tipos de observaciones de lentes gravitacionales en su búsqueda de agujeros negros. Comenzó cuando detectaron la luz de una estrella distante que de repente se amplió, haciéndola parecer más brillante brevemente antes de volver a la normalidad. Sin embargo, no pudieron ver ningún objeto en primer plano que estuviera causando la ampliación a través del proceso de lente gravitacional. Eso sugirió que el objeto podría ser un agujero negro solitario, algo que nunca antes se había visto. El problema era que también podría haber sido una estrella débil.

Averiguar si era un agujero negro o una estrella débil requirió mucho trabajo, y ahí es donde entró el segundo tipo de observaciones de lentes gravitacionales. Los autores tomaron imágenes repetidamente con el Hubble durante seis años, midiendo qué tan lejos parecía moverse la estrella a medida que se desviaba su luz.

Eventualmente, esto les permitió calcular la masa y la distancia del objeto que causó el efecto de lente. Descubrieron que tenía aproximadamente siete veces la masa de nuestro Sol, ubicado a unos 5.000 años luz de distancia, lo que parece lejano pero en realidad está relativamente cerca. Una estrella de ese tamaño y tan cerca debería ser visible para nosotros. Como no podemos verlo, concluyeron que debe ser un agujero negro aislado.

Tomar tantas observaciones con un observatorio como el Hubble no es fácil. El telescopio es muy popular y hay mucha competencia para su época. Y dada la dificultad de confirmar un objeto como este, podrías pensar que las perspectivas de encontrar más de ellos no son buenas. Afortunadamente, estamos al comienzo de una revolución en la astronomía. Esto es gracias a una nueva generación de instalaciones, incluida la encuesta Gaia en curso, y el próximo Observatorio Vera Rubin y el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, todos los cuales tomarán medidas repetidas de gran parte del cielo en detalle.

Eso va a ser enorme para todas las áreas de la astronomía. Tener mediciones regulares y de alta precisión de gran parte del cielo nos permitirá investigar cosas en masa que cambian en escalas de tiempo muy cortas. Estudiaremos cosas tan variadas como asteroides, estrellas en explosión conocidas como supernovas y planetas alrededor de otras estrellas de formas nuevas.

Cuando se trata de la búsqueda de agujeros negros invisibles, eso significa que en lugar de celebrar encontrar solo uno, pronto podríamos encontrar tantos que se convierta en una rutina. Eso nos permitirá llenar los vacíos en nuestra comprensión de la muerte de las estrellas y la creación de agujeros negros.

En última instancia, a los agujeros negros invisibles de la galaxia les resultará mucho más difícil ocultarse.

(La conversación. Por Adam McMaster, estudiante de investigación de posgrado (PhD) en astronomía, The Open University y Andrew Norton, profesor de educación en astrofísica, The Open University)