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Los astrónomos han descubierto el primer sistema de “triple agujero negro”, que consiste en un agujero negro que se alimenta hambriento de una estrella compañera mientras es orbitado por una estrella más distante y cautelosa.
Los agujeros negros se forman durante la muerte violenta de estrellas masivas en explosiones de supernovas, pero este sorprendente descubrimiento podría indicar un proceso de nacimiento de agujeros negros más suave llamado “colapso directo”. Esto se debe a que si el origen de este agujero negro hubiera sido más violento, habría proporcionado una “patada prenatal” que habría lanzado a la estrella distante y suelta fuera de este sistema estelar triple.
El sistema en cuestión es V404 Cygni, situado dentro de la Vía Láctea y a unos 8.000 años luz de la Tierra. El llamado “binario de rayos X” del agujero negro y su estrella víctima ya se conocía y el sistema ha sido bien estudiado. Sin embargo, una investigación más profunda realizada por un equipo dirigido por Kevin Burdge del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) reveló que este binario en realidad se encuentra en el corazón de un sistema estelar triple.
Los científicos creen que la mayoría de los agujeros negros se forman a partir de violentas explosiones de estrellas, pero este descubrimiento ayuda a poner eso en duda.
“Este sistema es muy interesante para la evolución de los agujeros negros y también plantea dudas sobre si hay más triples por ahí”, dijo Burdge a Space.com por correo electrónico. “El hecho de que esta estrella todavía esté unida es sorprendente porque implica que recibió una patada natal de baja energía.
“En general, no es sorprendente que los agujeros negros estén en triples, porque una gran fracción de estrellas masivas están en triples, pero lo sorprendente es que este sistema mantuvo el triple después de formar el agujero negro”.
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El equipo ha descubierto que mientras la “estrella víctima” de este agujero negro lo orbita en sólo 6,5 días terrestres, la tercera estrella recién descubierta en el sistema orbita al codicioso titán cósmico tan lejos que sólo completa una órbita una vez cada 70.000 años terrestres.
“¡En realidad, este descubrimiento fue solo un feliz accidente! Estaba mirando una foto de V404 Cygni y noté que estaba en un triple”, dijo Burdge. “Lo que luego descubrimos es que el agujero negro en V404 Cygni probablemente nació sin una patada natal.
“Eso no significa que no todos los agujeros negros reciban impulsos natales, pero sí demuestra que al menos algunos pueden formarse sin ellos”.
La investigación del equipo fue publicada el miércoles (23 de octubre) en la revista Nature.
El conocido agujero negro aún esconde secretos
Los astrónomos conocen las supernovas que acompañan la muerte de una estrella masiva después de que se queda sin combustible nuclear en su núcleo y ya no puede sostenerse contra su propia gravedad durante siglos.
Cuando la teoría de la relatividad general de Einstein puso a los científicos en un camino que condujo al descubrimiento de agujeros negros y estrellas de neutrones, estas explosiones cósmicas brillantes y violentas se vincularon rápidamente con el proceso de nacimiento de estos cadáveres estelares ultradensos.
El gran poder de estos eventos significa que a menudo son más brillantes que la luz combinada de cada estrella de la galaxia que los rodea. También significa que, cuando entran en erupción, proporcionan a las estrellas en órbita un impulso energético.
“Las patadas prenatales son el impulso neto que recibe el agujero negro después de su nacimiento. Entonces, por ejemplo, si tienes una supernova y la materia se expulsa asimétricamente, para conservar el impulso, el agujero negro es impulsado en la dirección opuesta a la materia”. Dijo Burdge. “Es realmente difícil limitar estos impulsos prenatales en parte porque tenemos muy pocos agujeros negros conocidos en la Vía Láctea, y también porque no hay muchas maneras buenas de medirlos aparte de a través de un triple compañero ancho como se ve en este sistema.”
Una estrella cercana que esté estrechamente unida gravitacionalmente al nuevo agujero negro podría sobrevivir a la energía que recibe de esta explosión de supernova y permanecer en el sistema. Sin embargo, la fuerza de la gravedad disminuye rápidamente en grandes distancias, lo que significa que cualquier estrella distante que no esté firmemente sujeta por el agujero negro debería ser expulsada para vagar por el cosmos como una “estrella rebelde”.
“Imagina que estás tirando de una cometa y, en lugar de una cuerda fuerte, estás tirando de una telaraña”, explicó Burdge en un comunicado del MIT. “Si tirabas demasiado fuerte, la red se rompería y perderías la cometa. La gravedad es como esta cuerda apenas atada que es realmente débil, y si haces algo dramático con el binario interno, perderás el externo. estrella.”
Entonces, ¿por qué no sucedió eso en este triple agujero negro?
Tres no son muchos para este agujero negro
Antes de responder a esta pregunta, el equipo tuvo que confirmar primero que esta estrella distante definitivamente está orbitando el binario interno de V404 Cygni. Lo hicieron utilizando 10 años de observaciones del telescopio espacial Gaia, una nave espacial que monitorea con precisión el movimiento de miles de millones de estrellas en la Vía Láctea.
El equipo descubrió que las estrellas efectivamente se mueven en tándem, y descubrió que las probabilidades de que este tipo de movimiento resulte de que las estrellas no compartan el mismo sistema son aproximadamente una entre 10 millones. También determinaron que la estrella exterior está 3.500 veces más lejos del agujero negro central que la Tierra de nuestro sol.
“El hecho de que podamos ver dos estrellas separadas a tanta distancia en realidad significa que las estrellas tienen que estar muy alejadas”, dijo Burdge en el comunicado. “Es casi seguro que no es una coincidencia o un accidente. Estamos viendo dos estrellas que se suceden porque están unidas por esta débil cadena de gravedad. Así que esto tiene que ser un sistema triple”.
Para determinar por qué la estrella exterior de este sistema no había sido expulsada al espacio, Burdge realizó una serie de simulaciones para ver cómo un sistema triple de agujeros negros podría haber evolucionado hasta su estado actual y aún conservar su estrella exterior.
Cada simulación comenzó con tres estrellas, una de las cuales luego se transformó en un agujero negro. En las simulaciones se introduce una explosión de supernova, que Burdge realizó decenas de miles de veces, variando la cantidad de energía liberada y la dirección en la que se liberó. Pocas de estas simulaciones dieron como resultado un sistema triple de agujeros negros.
En su mayor parte, las únicas simulaciones que replicaron las observaciones del equipo de este sistema fueron aquellas que eliminaron una explosión de supernova y vieron el agujero negro creado por colapso directo.
“La gran mayoría de las simulaciones muestran que la forma más fácil de hacer que este triple funcione es mediante el colapso directo”, dijo Burdge.
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Descubrir que esta estrella exterior está vinculada a V404 Cygni también ha ayudado al equipo a determinar la edad del triple sistema de agujeros negros. Esto se debe a que la estrella distante está en proceso de transformarse en una estrella gigante roja, algo que ocurre cuando las estrellas salen de su fase de secuencia principal y se hinchan hasta 100 veces su ancho original.
“¡El tercer cuerpo es realmente bastante interesante! Además de su órbita súper amplia, la estrella está evolucionando hacia una gigante roja en este momento, lo que nos permite obtener la edad del sistema”, dijo Burdge por correo electrónico.
A partir de esta transformación, el equipo determinó que la estrella exterior tiene alrededor de 4 mil millones de años y concluyó que todo el sistema comparte su edad. Esta es la primera vez que los científicos realizan un proceso de envejecimiento de este tipo.
“Nunca antes habíamos podido hacer esto con un viejo agujero negro”, dijo Burdge. “Ahora sabemos que V404 Cygni es parte de un triple; podría haberse formado a partir de un colapso directo, y se formó hace unos 4 mil millones de años, gracias a este descubrimiento”.
El equipo todavía tiene dudas sobre la naturaleza de este sistema, que investigarán además de buscar más triples de agujeros negros.
“Una de las preguntas más importantes es cómo es la órbita de su compañero exterior: ¿es circular o excéntrica? Intentaremos medir esto usando un instrumento llamado GRAVITY en el Very Large Telescope (VLT) europeo”, concluyó Burdge en su correo electrónico. . “Hasta ahora, es el único agujero negro triple conocido, ¡pero estamos llevando a cabo una campaña continua para encontrar más de ellos!”