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11 de Noviembre de 2021
Utilizando el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO), un equipo de astrónomos y astrónomas ha descubierto un pequeño agujero negro fuera de la Vía Láctea al observar cómo influye en el movimiento de una estrella cercana. Es la primera vez que se utiliza este método de detección para revelar la presencia de un agujero negro fuera de nuestra galaxia. El método podría ser clave para revelar la presencia de agujeros negros ocultos en la Vía Láctea y galaxias cercanas y para ayudar a arrojar luz sobre cómo se forman y evolucionan estos misteriosos objetos.
El agujero negro recién descubierto fue detectado en NGC 1850, un cúmulo de miles de estrellas situado a unos 160 000 años luz de distancia en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia vecina de la Vía Láctea.
"Observamos todas y cada una de las estrellas de entre ese cúmulo y, como Sherlock Holmes cuando seguía los pasos en falso de una banda criminal con su lupa, tratamos de encontrar alguna evidencia de la presencia de agujeros negros, aunque sin verlos directamente", afirma Sara Saracino, del Instituto de Investigación Astrofísica de la Universidad John Moores de Liverpool (Reino Unido), quien ha liderado esta investigación, aceptada para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “El resultado que mostramos representaría solo a uno de los criminales buscados, pero cuando has encontrado uno, estás en el buen camino de descubrir muchos otros en diferentes cúmulos".
Este primer "criminal" rastreado por el equipo resultó ser aproximadamente 11 veces más masivo que nuestro Sol. La pistola humeante que puso al equipo sobre la pista de este agujero negro fue su influencia gravitacional en la estrella de cinco masas solares que lo orbita.
La comunidad astronómica ya había detectado previamente agujeros negros tan pequeños de "masa estelar" en otras galaxias captando el resplandor de rayos X emitido cuando tragan materia, o a partir de las ondas gravitacionales generadas cuando los agujeros negros chocan entre sí o con estrellas de neutrones.
Sin embargo, la mayoría de los agujeros negros de masa estelar no delatan su presencia a través de rayos X u ondas gravitacionales. "La presencia de la gran mayoría sólo puede revelarse dinámicamente", afirma Stefan Dreizler, miembro del equipo con sede en la Universidad de Gotinga (Alemania). “Cuando un agujero negro forma un sistema con una estrella, este afectará al movimiento de la estrella de forma sutil pero detectable, por lo que, con sofisticados instrumentos, seremos capaces de encontrarlos".
Este método dinámico, utilizado por Saracino y su equipo, podría permitir a la comunidad astronómica detectar muchos más agujeros negros y ayudar a descubrir sus misterios. "Cada detección que hagamos será importante para nuestra comprensión futura de los cúmulos estelares y de los agujeros negros que hay en ellos", afirma el coautor del estudio, Mark Gieles, de la Universidad de Barcelona (España).
La detección hecha en NGC 1850 marca la primera vez que se detecta un agujero negro en un joven cúmulo de estrellas (el cúmulo tiene solo unos 100 millones de años, un abrir y cerrar de ojos en escala astronómica). El uso de su método dinámico en cúmulos estelares similares podría revelar la presencia de un número aún mayor de agujeros negros jóvenes y arrojar nueva luz sobre cómo evolucionan. Al compararlos con agujeros negros más grandes y viejos, situados en cúmulos más antiguos, la comunidad astronómica podría comprender cómo crecen estos objetos alimentándose de estrellas o fusionándose con otros agujeros negros. Además, trazar la demografía de los agujeros negros en los cúmulos estelares mejora nuestra comprensión del origen de las fuentes de ondas gravitacionales.
Para llevar a cabo su búsqueda, el equipo utilizó datos recopilados durante dos años con el instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), instalado en el VLT de ESO, ubicado en el desierto chileno de Atacama. “MUSE nos permitió observar áreas muy concurridas, como las regiones más internas de los cúmulos estelares, analizando la luz de todas y cada una de las estrellas cercanas. El resultado neto es información sobre miles de estrellas en una sola toma, al menos 10 veces más que con cualquier otro instrumento", señala el coautor Sebastian Kamann, un experto y veterano en el instrumento MUSE del Instituto de Investigación Astrofísica de Liverpool. Esto permitió al equipo detectar la extraña estrella cuyo movimiento peculiar señalaba la presencia del agujero negro. Los datos del Experimento de Lentes Gravitacionales Ópticas de la Universidad de Varsovia y del Telescopio Espacial Hubble de la NASA/ESA les permitieron medir la masa del agujero negro y confirmar sus hallazgos.
El Telescopio Extremadamente Grande de ESO, en Chile, que comenzará a operar a finales de esta década, permitirá a los astrónomos encontrar aún más agujeros negros ocultos. "Definitivamente, el ELT revolucionará este campo", afirma Saracino. “Nos permitirá observar estrellas considerablemente más débiles en el mismo campo de visión, así como buscar agujeros negros en cúmulos globulares ubicados a distancias mucho mayores".
Información adicional
Esta investigación se presenta en un artículo que aparece en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
El equipo está compuesto por S. Saracino (Instituto de Investigación Astrofísica, Universidad John Moores de Liverpool, Reino Unido [LJMU]); S. Kamann (LJMU); M. G. Guarcello (Observatorio Astronómico de Palermo, Palermo, Italia); C. Usher (Departamento de Astronomía, Centro Oskar Klein, Universidad de Estocolmo, Estocolmo, Suecia); N. Bastian (Centro Internacional de Física de Donostia, Donostia-San Sebastián, España; Fundación para la Ciencia del País Vasco, Bilbao, España; LJMU); I. Cabrera-Ziri (Instituto de Cálculo Astronómico, Centro de Astronomía, Universidad de Heidelberg, Heidelberg, Alemania); M. Gieles (ICREA, Barcelona, España; Instituto de Ciencias del Cosmos, Universidad de Barcelona, Barcelona, España); S. Dreizler (Instituto de Astrofísica, Universidad de Gotinga, Gotinga, Alemania [GAUG]); G. S. Da Costa (Escuela de Investigación en Astronomía y Astrofísica, Universidad Nacional de Australia, Canberra, Australia); T.-O. Husser (GAUG) y V. Hénault-Brunet (Departamento de Astronomía y Física, Universidad de Saint Mary, Halifax, Canadá).
El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza), junto con Chile, país anfitrión, y con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), así como dos telescopios de rastreo: VISTA, que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera APEX y ALMA, dos instalaciones que observan los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
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Liverpool, United Kingdom
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4 de Noviembre de 2021
Un nuevo descubrimiento ha esclarecido cómo el flúor, un elemento que se encuentra en nuestros huesos y dientes como fluoruro, se forja en el Universo. Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio, un equipo de astrónomos detectó este elemento en una galaxia tan lejana que su luz ha tardado más de 12.000 millones de años en llegar hasta nosotros. Es la primera vez que se detecta flúor en una galaxia de formación estelar activa tan distante.
“Todos conocemos el flúor, pues la pasta dentífrica que usamos todos los días lo contiene”, dice Maximilien Franco de la Universidad de Hertfordshire en el Reino Unido, quien dirigió el nuevo estudio, publicado hoy en Nature Astronomy. Como la mayoría de los elementos que nos rodean, el flúor se crea dentro de estrellas, pero no sabíamos exactamente cómo se producía este elemento."¡Ni siquiera sabíamos qué tipo de estrellas producía la mayor parte del flúor en el Universo!"
Franco y sus colaboradores captaron flúor (en forma de fluoruro de hidrógeno) en grandes nubes de gas de la distante galaxia NGP-190387, que se observa tal cual era cuando el Universo tenía sólo 1.400 millones de años, aproximadamente el 10% de su actual edad. Dado que las estrellas expulsan los elementos que forman en sus núcleos al final de sus vidas, esta detección implica que las estrellas que crearon flúor deben haber tenido un ciclo de vida y muerte muy rápidos.
El equipo cree que las estrellas Wolf-Rayet, estrellas muy masivas que viven solo unos pocos millones de años, un abrir y cerrar de ojos en la historia del Universo, son los lugares donde probablemente se produce el flúor. Sólo así se explican las cantidades de fluoruro de hidrógeno que detectó el equipo. Las estrellas Wolf-Rayet se habían sugerido anteriormente como posibles fuentes de flúor cósmico, pero los astrónomos no conocían hasta ahora su importancia en la producción de este elemento en el Universo temprano.
“En esta galaxia, sólo en decenas o cientos de millones de años se alcanzó un nivel de flúor similar al que se encuentra en las estrellas de la Vía Láctea, que tiene 13.500 millones de años. Fue un resultado totalmente inesperado, dice Chiaki Kobayashi, profesor de la Universidad de Hertfordshire. “Nuestra medición agrega una nueva limitación acerca del origen del flúor, que se ha estudiado durante dos décadas”.
El descubrimiento en NGP-190387 representa una de las primeras detecciones de flúor más allá de la Vía Láctea y sus galaxias vecinas. Los astrónomos habían visto antes este elemento en cuásares distantes, objetos brillantes alimentados por agujeros negros supermasivos en el centro de algunas galaxias. Pero nunca antes se había observado este elemento en una galaxia con formación estelar activa en una etapa tan temprana del Universo.
La detección de flúor por parte del equipo fue un descubrimiento casual que se logró gracias al uso de observatorios espaciales y terrestres. NGP-190387, descubierto originalmente con el Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea y luego observado con ALMA, en Chile, es extraordinariamente brillante para su distancia. Los datos de ALMA confirmaron que la excepcional luminosidad de NGP-190387 se debe, en parte, a otra galaxia masiva conocida, situada entre NGP-190387 y la Tierra, muy cerca de la línea de visión. Esta galaxia masiva amplificó la luz observada por Franco y sus colaboradores, lo que les permitió detectar la tenue radiación emitida hace miles de millones de años por el flúor en NGP-190387.
Los estudios futuros de NGP-190387 con el Extremely Large Telescope (ELT), el nuevo proyecto emblemático de ESO, en construcción en Chile que comenzará a operar a finales de esta década, podrían revelar más secretos sobre esta galaxia. “ALMA es sensible a la radiación emitida por el polvo y el gas interestelar frío”, dice Chentao Yang, becario de ESO en Chile."Con el ELT, podremos observar NGP-190387 a través de la luz directa de las estrellas, obteniendo información crucial sobre el contenido estelar de esta galaxia".
Información adicional
Este trabajo de investigación se presentó en el artículo científico "The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4" que será publicado en Nature Astronomy.
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