Agujero negro “imposible” fue descubierto en un sistema binario  

NASA

Astrónomos chinos han descubierto un amplio sistema binario de una estrella brillante y un objeto masivo invisible. Según los conceptos modernos, en este caso solo puede haber un agujero negro, que debería ser aproximadamente 68 veces más pesado que el Sol. Esto lo convierte en el mayor de los representantes conocidos del grupo de tales objetos, escriben los autores en Nature.

Lo que debes saber

Los agujeros negros son objetos con una gravedad tan grande que ningún cuerpo puede moverse desde su vecindad inmediata, ni siquiera la luz. Desde el punto de vista de la observación, se distinguen tres tipos principales de tales objetos: agujeros negros de masas estelares, masas intermedias y supermasivas.

Esta clasificación refleja diferentes mecanismos de formación y diversas manifestaciones. En particular, todos los agujeros negros de masas estelares conocidos hasta hace poco se descubrieron en sistemas binarios de rayos X. En tales sistemas, la materia de una estrella ordinaria fluye sobre un objeto compacto, mientras se calienta a millones de grados y emite radiación de alta energía.

Por el momento, todos los agujeros negros de masas estelares conocidos en la Vía Láctea no son más de 20 veces más pesados ​​que el Sol. Esto está de acuerdo con la teoría de la evolución estelar, que describe el nacimiento de tales objetos como resultado de explosiones de supernovas.

Al mismo tiempo, los modelos predicen que las estrellas extremadamente pesadas deberían acabar con sus vidas en forma de supernovas pares e inestables, y después de esas explosiones no debe quedar ningún objeto compacto.

El descubrimiento

Ahora, los astrónomos liderados por Liu Jifeng han utilizado una nueva forma de buscar agujeros negros y descubrieron en nuestra galaxia un objeto con una masa de aproximadamente 68 solares.

Los autores utilizaron el método de velocidad radial, que generalmente se busca para exoplanetas. Para detectar un cuerpo con su ayuda, es necesario corregir los desplazamientos periódicos de líneas en el espectro de una estrella, a partir de las cuales se pueden calcular los parámetros orbitales y físicos de un compañero invisible.

La búsqueda se realizó como parte de un programa de observación binaria espectroscópica a largo plazo con el telescopio chino LAMOST. En total, se estudiaron unas 3.000 fuentes en dirección al anticentro de la Vía Láctea. Una de las estrellas en este campo, LB-1, mostró variaciones periódicas de velocidad radial, que luego fueron confirmadas independientemente por observaciones con otros telescopios.

El misterioso LB-1

Los datos espectroscópicos permitieron determinar los parámetros de la estrella con alta precisión. Su temperatura superficial es de aproximadamente 18.100 grados Kelvin, el logaritmo de la gravedad es 3.43, la masa es 8.2 solar y la distancia es 4.23 kiloparsecs. En su radiación, se encontraron cambios regulares de línea de períodos de 78.3 días, que corresponden a una amplitud de velocidad radial de 52.8 km/s.

Estos datos son insuficientes para determinar la masa del compañero, ya que se desconoce el ángulo de inclinación del plano de la órbita del sistema con respecto a la línea de visión. Sin embargo, incluso en el caso de un ángulo recto, se obtiene una masa de 6 soles, que ya clasifica inequívocamente el objeto como un agujero negro.

Sin embargo, los científicos muestran que el brillo observado en la línea Hα desde la fuente no puede asociarse con una estrella visible, un disco a su alrededor o un objeto de fondo, ya que su ancho es de 300 kilómetros por segundo.

Por lo tanto, esta radiación está asociada con el disco alrededor del agujero negro, lo que le permite determinar de forma independiente su masa, que corresponde a 68 solares con errores de aproximadamente 12. También le permite determinar el ángulo de inclinación, que en este caso es igual a 15-18 grados.

Peculiar en más de una forma

El objeto detectado es excepcional de varias maneras. En primer lugar, este es el agujero negro de masas estelares más pesado descubierto directamente. En segundo lugar, es el sistema binario más amplio con un agujero negro en la composición, por lo que no es visible como fuente de rayos X. En tercer lugar, su masa es aproximadamente dos veces mayor que la masa inicial limitante para los agujeros negros formados como resultado de explosiones de supernova.

La limitación de la masa máxima de un agujero negro depende en gran medida de la metalicidad de la estrella inicial, es decir, de la concentración de elementos más pesados ​​que el helio en ella. Sin embargo, LB-1 es similar al Sol, del cual se puede esperar aproximadamente la misma metalicidad para el predecesor estelar del agujero negro descubierto. En este caso, en el momento de la formación, no debería haber sido más pesado que 25 masas solares.

Posibles explicaciones

Los autores sugieren varios escenarios posibles para la formación de dicho objeto. Podría haber surgido después de que un agujero golpeara una estrella grande unas 60 veces más pesada que el sol. En este caso, una proporción significativa de la sustancia puede estar por debajo del horizonte de eventos.

Además, dicho objeto podría formarse después de la fusión de un par de agujeros negros que aparecieron después de las explosiones de supernova. En este caso, el sistema estudiado debería haber sido inicialmente triple con un par de estrellas muy masivas en órbita cercana. Los autores no excluyen que este objeto en teoría puede ser un sistema muy cercano de dos agujeros negros con masas de aproximadamente 35 soles.

Más recientemente, los astrónomos han reportado otro récord: el descubrimiento de un agujero negro excepcionalmente pequeño. Los científicos también permitieron que se formaran planetas alrededor de agujeros negros supermasivos.
 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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