15 Jul Omega Centauri revela su primer agujero negro de masa estelar

Astrónomos han descubierto el primer agujero negro de masa estelar en Omega Centauri utilizando datos de los telescopios espaciales Hubble y Webb, un hallazgo que ayudará a comprender mejor la formación de estos objetos.

El masivo cúmulo globular Omega Centauri ha desconcertado a los astrónomos durante décadas. Debería albergar numerosos agujeros negros originados por la explosión de estrellas masivas, pero las pruebas de su existencia han sido escasas.

Ahora, un equipo de astrónomos que ha analizado datos de archivo del telescopio espacial Hubble, junto con observaciones complementarias del telescopio espacial James Webb, ha localizado por primera vez un agujero negro de masa estelar en este cúmulo.

Este agujero negro es el primero descubierto en esta población «desaparecida» de agujeros negros y permitirá perfeccionar las teorías actuales sobre la formación de estos objetos en entornos como Omega Centauri.

Omega Centauri

Omega Centauri es el cúmulo globular más grande y masivo de la Vía Láctea y se encuentra a unos 18.000 años luz de la Tierra, en la constelación del Centauro. Alberga unos 10 millones de estrellas unidas por la gravedad y concentradas en una región de unos 150 años luz de diámetro.

Aunque anteriormente la comunidad astronómica ya había encontrado indicios, gracias al Hubble, de que un agujero negro de masa intermedia se ocultaba en su centro, los modelos predicen que este cúmulo debería contener alrededor de 10.000 agujeros negros de masa estelar.

Sin embargo, esta importante población había eludido su detección en estudios anteriores, que empleaban el método de la velocidad radial, o buscaban emisiones de radio y rayos X procedentes del material que cae sobre los agujeros negros.

El nuevo descubrimiento utiliza un enfoque diferente, conocido como astrometría, que consiste en medir los diminutos movimientos de las estrellas a lo largo del tiempo.

Tras analizar más de veinte años de datos de archivo del Hubble e incorporar observaciones recientes del Webb para refinar aún más las mediciones astrométricas, el equipo localizó una estrella que orbita alrededor de un objeto invisible con una masa tan elevada que solo puede tratarse de un agujero negro.

oMEGACat BH-2

Bautizado como oMEGACat BH-2, se trata del primer agujero negro de masa estelar detectado en Omega Centauri y presenta varias características sorprendentes.

Posee una masa inferior a la esperada y, junto con su estrella compañera visible, forma el sistema binario agujero negro-estrella con el período orbital más largo conocido hasta la fecha.

«Gracias a los datos del Hubble y el Webb hemos podido observar el movimiento de la estrella visible de la secuencia principal que forma parte de este sistema binario, situado a unos 18.000 años luz de distancia en el denso entorno de Omega Centauri», explica Matthew Whitaker, de la Universidad de Utah (Salt Lake City, Estados Unidos) y autor principal del estudio.

«La precisión de estas mediciones es extraordinaria, hasta una fracción de píxel en los detectores de Hubble y Webb. Sin estos dos telescopios espaciales habría sido imposible encontrar este agujero negro».

Webb descarta la hipótesis de la estrella de neutrones

Los nuevos resultados refinan un estudio anterior realizado por otro grupo de investigadores que sugería que este sistema binario contenía una estrella de neutrones.

Al ampliar el conjunto de datos de Hubble para incluir mediciones astrométricas obtenidas entre 2002 y 2023, e incorporar observaciones en el infrarrojo cercano del Webb para mejorar la precisión, el equipo dirigido por la Universidad de Utah logró aumentar significativamente la exactitud de sus mediciones.

Gracias a ello, los investigadores pudieron determinar con mayor precisión la masa del compañero oscuro de la estrella visible y descartar definitivamente que se tratara de una estrella de neutrones.

«Aunque ya sabíamos que la estrella visible tiene una masa de 0,78 masas solares, ahora podemos calcular que la del agujero negro es de 4,46 masas solares, demasiado elevada para corresponder a una estrella de neutrones. Sin embargo, esta masa es significativamente menor de lo que cabría esperar en un entorno pobre en metales como Omega Centauri. Es un resultado sorprendente y muy emocionante», señala Anil Seth, también de la Universidad de Utah y coautor del estudio.

«Ahora sabemos que una estrella con baja metalicidad puede formar un agujero negro como este, y necesitamos comprender cómo sucede. Este descubrimiento aporta información muy valiosa para quienes desarrollan este tipo de modelos».

Un hallazgo largamente esperado

Gracias a la extraordinaria precisión de los datos obtenidos por el Hubble y el Webb, el equipo pudo reconstruir la trayectoria de la estrella durante más de veinte años.

Afortunadamente, ese intervalo coincidió con el momento en que la estrella pasó más cerca de su compañero, el agujero negro, cuando su movimiento aparente sobre el cielo era más rápido.

A partir de este extenso conjunto de observaciones, los investigadores determinaron que la estrella completa una órbita alrededor de oMEGACat BH-2 cada 94 años, lo que convierte a este sistema en el binario con agujero negro de mayor período orbital conocido.

Este prolongado período orbital también proporciona pistas sobre el origen del sistema.

Interacciones dinámicas

Lo más probable es que este sistema se haya formado mediante interacciones dinámicas dentro del cúmulo, es decir, que la estrella y el agujero negro no nacieran juntos, sino que acabaran unidos posteriormente por los encuentros gravitatorios entre los numerosos objetos del cúmulo.

Los investigadores han calculado que un sistema como oMEGACat BH-2 sobrevivirá menos de 1.000 millones de años antes de ser desestabilizado por nuevas interacciones con estrellas cercanas, un tiempo muy inferior a la edad estimada de Omega Centauri, que ronda los 12.000 millones de años.

«Es fundamental comprender las poblaciones de agujeros negros en los cúmulos globulares porque todavía existen incertidumbres sobre su física y su formación», afima Seth. «En particular, entender cómo se forman los agujeros negros y cómo posteriormente se originan sistemas binarios mediante interacciones dinámicas es esencial, ya que influye directamente en nuestra capacidad para interpretar los fenómenos de ondas gravitacionales. Creemos que entornos como Omega Centauri son lugares donde estos sistemas binarios terminan fusionándose y generando dichas ondas».

El comienzo de una búsqueda

El descubrimiento del agujero negro de masa estelar oMEGACat BH-2, gracias a la combinación de datos del Hubble y el Webb, representa solo el comienzo de la búsqueda de esta esquiva población de agujeros negros en los cúmulos globulares.

«Este nuevo descubrimiento pone de manifiesto el enorme valor científico que sigue teniendo el archivo del telescopio espacial Hubble», concluye Maximilian Häberle, investigador posdoctoral del Observatorio Europeo Austral (ESO) y responsable del procesamiento de los datos de Hubble y Webb. «Se trata del segundo gran avance obtenido gracias a nuestro nuevo análisis astrométrico de oMEGACat, después de confirmar la existencia del agujero negro de masa intermedia en el centro de Omega Centauri».

Fuente: Hubble discovers first of star cluster’s missing black holes