Se descubre que el sistema con agujero negro más cercano, en realidad no tiene agujero negro
2 de Marzo de 2022
En 2020, un equipo dirigido por astrónomos del Observatorio Europeo Austral (ESO) informó del descubrimiento del agujero negro más cercano a la Tierra, ubicado a solo 1.000 años luz de distancia, en el sistema HR 6819. Pero los resultados de su estudio fueron impugnados por otras investigadoras, incluido un equipo internacional con sede en KU Leuven, Bélgica. En un artículo publicado hoy, estos dos equipos se han unido para comunicar que, de hecho, no hay un agujero negro en HR 6819, sino que se trata de un sistema de dos estrellas "vampiro" en una etapa rara y de corta duración de su evolución.
El estudio original sobre HR 6819 recibió mucha atención tanto por parte de la prensa como de la comunidad científica. Thomas Rivinius, astrónomo de ESO con sede en Chile y autor principal de ese artículo, no se sorprendió por la recepción por parte de la comunidad astronómica ante su descubrimiento del agujero negro. "No solo es normal, sino que debería ser común que los resultados sean revisados", afirma, "y un resultado que llega a los titulares, aún más".
Rivinius y sus colegas estaban convencidos de que la mejor explicación a los datos que tenían, obtenidos con el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, era que HR 6819 era un sistema triple, con una estrella orbitando un agujero negro cada 40 días y una segunda estrella en una órbita mucho más amplia. Pero un estudio dirigido por Julia Bodensteiner, entonces estudiante de doctorado en KU Leuven, Bélgica, propuso una explicación diferente para los mismos datos: HR 6819 también podría ser un sistema con solo dos estrellas en una órbita de 40 días y ningún agujero negro en absoluto. Este escenario alternativo requeriría que una de las estrellas fuera "despojada" de una gran parte de su masa, lo que significa que, en un momento anterior, esta masa había sido “robada” por otra estrella.
"Habíamos llegado al límite de los datos existentes, por lo que tuvimos que recurrir a una estrategia de observación diferente para decidir entre los dos escenarios propuestos por los dos equipos", dice la investigadora de KU Leuven, Abigail Frost, quien dirigió el nuevo estudio publicado hoy en la revista Astronomy & Astrophysics.
Para resolver el misterio, los dos equipos trabajaron juntos con el fin de obtener datos nuevos y más nítidos de HR 6819. Para ello utilizaron el Very Large Telescope (VLT) y el Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de ESO. "El VLTI fue la única instalación que pudo proporcionarnos los datos decisivos que necesitábamos para distinguir entre las dos explicaciones", declara Dietrich Baade, autor tanto del estudio original de HR 6819 como del nuevo artículo publicado en Astronomy & Astrophysics. Como no tenía sentido pedir la misma observación dos veces, los dos equipos unieron fuerzas, lo que les permitió aunar sus recursos y conocimientos para explicar la verdadera naturaleza de este sistema. Dado que no tenía sentido solicitar dos veces la misma observación, los dos equipos unieron fuerza, lo cual les permitió sumar sus recursos y conocimientos con el fin de despejar esta incógnita.
"Los escenarios que buscábamos eran bastante claros, muy diferentes y fácilmente distinguibles con el instrumento adecuado", dice Rivinius. "Estábamos de acuerdo en que había dos fuentes de luz en el sistema, por lo que la pregunta era si orbitaban entre sí de cerca, como en el escenario de estrellas despojadas, o estaban muy separadas entre sí, como en el escenario de agujero negro".
Para distinguir entre las dos propuestas, los equipos utilizaron tanto el instrumento GRAVITY del VLTI como el instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE, instalado en el VLT de ESO.
"MUSE confirmó que no había un compañero brillante en una órbita más amplia, mientras que la alta resolución espacial de GRAVITY fue capaz de resolver dos fuentes brillantes separadas por solo un tercio de la distancia entre la Tierra y el Sol", afirma Frost."Estos datos demostraron ser la pieza final del rompecabezas y nos permitieron concluir que HR 6819 es un sistema binario sin agujero negro.
"Nuestra mejor interpretación hasta ahora es que captamos este sistema binario poco después de que una de las estrellas hubiera succionado la atmósfera de su estrella compañera. Se trata de un fenómeno común en los sistemas binarios cercanos, a veces denominado "vampirismo estelar" en la prensa", explica Bodensteiner, ahora miembro de ESO en Alemania y autora del nuevo estudio. "Mientras la estrella donante era despojada de parte de su material, la estrella receptora comenzó a girar más rápidamente".
"Captar una fase de este tipo, posterior a la interacción, es extremadamente difícil, ya que es muy corta", agrega Frost. "Esto hace que nuestros hallazgos sobre HR 6819 sean muy emocionantes, ya que es un candidato perfecto para estudiar cómo afecta este vampirismo a la evolución de las estrellas masivas y, a su vez, a la formación de los fenómenos asociados, incluidas las ondas gravitacionales y las violentas explosiones de supernovas".
El nuevo equipo recién formado, que aúna a Leuven y a ESO, planea monitorear HR 6819 más de cerca utilizando el instrumento GRAVITY del VLTI. El equipo llevará a cabo un estudio conjunto del sistema a lo largo del tiempo para comprender mejor su evolución, restringir sus propiedades y utilizar ese conocimiento para aprender más sobre otros sistemas binarios.
En cuanto a la búsqueda de agujeros negros, el equipo sigue siendo optimista. Para Rivinius, "los agujeros negros de masa estelar son muy esquivos debido a su naturaleza”. "Pero las estimaciones de orden de magnitud –agrega Baabe– sugieren que hay de decenas a cientos de millones de agujeros negros solo en la Vía Láctea". Es solo cuestión de tiempo que la comunidad astronómica los descubra.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy” (DOI: 10.1051/0004-6361/202143004), que aparece en la revista Astronomy & Astrophysics.
Ha recibido financiación del consejo Europeo de Investigación (ERC, European Research Council) bajo el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (acuerdo de financiación número 772225: MULTIPLES; PI: Hugues Sana).
El equipo está formado por A. J. Frost (Instituto de Astronomía, KU Leuven, Bélgica [KU Leuven]); J. Bodensteiner (Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania [ESO]); Th. Rivinius (Observatorio Europeo Austral, Santiago, Chile [ESO Chile]); D. Baade (ESO); A. Mérand (ESO); F. Selman (ESO Chile); M. Abdul-Masih (ESO Chile); G. Banyard (KU Leuven); E. Bordier (KU Leuven, ESO Chile); K. Dsilva (KU Leuven); C. Hawcroft (KU Leuven); L. Mahy (Real Observatorio de Bélgica, Bruselas, Bélgica); M. Reggiani (KU Leuven); T. Shenar (Instituto Anton Pannekoek de Astronomía, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos); M. Cabezas (Instituto Astronómico, Academia de Ciencias de la República Checa, Praga, República Checa [ASCR]); P. Hadrava (ASCR); M. Heida (ESO); R. Klement (Conjunto CHARA de la Universidad Estatal de Georgia, Observatorio del Monte Wilson, Mount Wilson, EE. UU.) y H. Sana (KU Leuven).
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.
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