Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un agujero negro de 70 masas solares en nuestro entorno cósmico. El objeto, situado a unos 15.000 años luz de la Tierra, forma parte de un sistema binario en el que la compañera es una enorme estrella azul de 8 masas solares. La novedad del hallazgo obedece a dos factores: la técnica de detección empleada y la gigantesca masa del agujero negro. Según la mayor parte de los modelos de evolución estelar, un objeto semejante no debería llegar a formarse en un entorno con la composición química de la Vía Láctea.
El trabajo ha sido liderado por Jifeng Liu, del Observatorio Astronómico Nacional de China, y ha contado con la participación de científicos del Instituto de Astrofísica de Canarias, la Universidad de la Laguna y el Gran Telescopio Canarias, entre otras instituciones. Los resultados se publican en Nature.
Los agujeros negros astrofísicos pueden clasificarse en dos grandes grupos: los supermasivos y los de masa estelar. Los primeros ocupan el centro de las grandes galaxias, son hasta miles de millones de veces más masivos que el Sol y tienen una génesis incierta. Los agujeros negros de masa estelar, en cambio, son muy distintos tanto en tamaño como en origen. No sobrepasan las pocas decenas de masas solares y se forman cuando una estrella de gran tamaño agota su combustible y acaba derrumbándose sobre sí misma por efecto de su propia gravedad.
Hasta ahora, todos los agujeros negros de masa estelar detectados en la Vía Láctea tenían menos de 30 masas solares. El nuevo objeto, bautizado como LB-1, supera en más del doble dicho límite.
El problema radica en que, en un entorno como el de la Vía Láctea, rico en «metales» (término que los astrónomos usan para referirse a todos los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio), los modelos habituales de evolución estelar solo predicen la formación de agujeros negros de hasta unas 25 masas solares. La razón básica es que las estrellas mucho más masivas deberían perder la mayor parte de su masa en forma de potentes vientos estelares antes de morir (lo que impediría que dejaran un remanente tan masivo como LB-1), o bien deberían esparcir por completo todo su material en explosiones de supernova tan violentas que no dejarían tras de sí ningún remanente en absoluto.
La otra gran novedad del trabajo radica en el método de detección. Dejando a un lado las ondas gravitacionales, todos los agujeros negros de masa estelar descubiertos hasta hoy habían sido avistados gracias a las emisiones de rayos X que se generan a medida que el objeto absorbe gas de una estrella cercana. LB-1, sin embargo, no emite rayos X. La existencia de este agujero negro ha sido inferida a partir del movimiento de vaivén que su gravedad imprime en la estrella compañera. Esta técnica, conocida como «método de la velocidad radial», es una de las empleadas para inferir la presencia de planetas en torno a otras estrellas.
Tras estudiar durante dos años esos vaivenes con el telescopio chino LAMOST, el Gran Telesocpio Canarias, en La Palma, y el observatorio Keck, en Hawái, los astrónomos dedujeron que la estrella azul no podía estar sola, sino que debía tener un compañero invisible. Dicho compañero era además tan masivo que solo podía ser un agujero negro.
Otro aspecto inusual es que ambos objetos describen una órbita prácticamente circular en torno a su centro de masas común. El período de la órbita es de 79 días, lo implica que la distancia de separación entre ellos es muy amplia: unas 1,5 unidades astronómicas, aproximadamente la misma distancia que media entre Marte y el Sol.
Desde hace unos cuatro años, los laboratorios LIGO, en EE.UU., y Virgo, en Italia, han estado observando las ondas gravitacionales generadas durante el choque y posterior fusión de parejas de agujeros negros en otras galaxias. El abanico de masas de los objetos detectados hasta ahora abarca desde las 10 hasta las 80 masas solares: más de lo que muchos esperaban a partir de las observaciones previas en rayos X. Pero, además, todos los agujeros negros de más de 50 masas solares observados por LIGO y Virgo han aparecido como resultado de la fusión de dos agujeros negros previos. Una posibilidad sería que LB-1 se hubiese formado de esta manera y que después hubiese «capturado» a la estrella azul que ahora lo acompaña. No obstante, los científicos explican en su artículo que dicho proceso de captura muy difícilmente daría lugar a una órbita tan circular como la que exhibe al sistema de LB-1.
«Según la mayoría de los modelos de evolución estelar, los agujeros negros de esa masa ni siquiera deberían existir en nuestra galaxia», ha señalado Liu en declaraciones a la Academia China de las Ciencias. «Pensábamos que las estrellas muy masivas con la composición química típica de nuestra galaxia se desprendían de la mayor parte del gas expulsando fuertes vientos estelares al final de su vida. Por tanto, nunca deberían dejar un remanente tan masivo. LB-1 tiene el doble de masa de lo que creíamos posible. Ahora les toca a los teóricos aceptar el reto de explicar su formación.»
Ernesto Lozano Tellechea
Referencia: «A wide star–black-hole binary system from radial-velocity measurements»; Jifeng Liu et al. en Nature, vol. 575, págs. 618–621, 27 de noviembre de 2019.
