Cuando una estrella 20 veces más masiva que nuestro sol muere, puede explotar en una supernova y volver a caer en un denso agujero negro (con la ayuda de la gravedad). Pero esa explosión nunca es perfectamente simétrica, por lo que, a veces, los agujeros negros resultantes se precipitan hacia el espacio. Estos objetos errantes a menudo se denominan “agujeros negros rebeldes” porque flotan libremente, sin estar atados por otros cuerpos celestes.
Pero ese nombre podría ser un “nombre inapropiado”, según jessica lu, profesor asociado de astronomía en la Universidad de California Berkeley. Ella prefiere el término “flotación libre” para describir estos agujeros negros. “Pícaro”, dice, implica que los nómadas son raros o inusuales, o que no traman nada bueno.
Eso ciertamente no es el caso. Los astrónomos estiman que hay hasta 100 millones de esos agujeros negros que vagan por nuestra galaxia. Pero debido a que son solitarios, son extremadamente difíciles de encontrar. Hasta hace poco, estos llamados agujeros negros rebeldes solo se conocían a través de la teoría y los cálculos.
“Son fantasmas, por así decirlo”, dice Lu, quien se ha propuesto como misión encontrar los agujeros negros que flotan libremente en la Vía Láctea.
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A principios de este año, dos equipos de investigadores espaciales revelaron por separado detecciones de lo que podría ser uno de estos agujeros negros itinerantes. Uno de esos equipos estaba dirigido por casey lam, un estudiante graduado en el laboratorio de Lu. El otro estaba dirigido por Kailash C. Sahu
Los científicos obtendrán más datos del telescopio espacial Hubble en octubre que, según Lu, deberían ayudar a “resolver el misterio de si se trata de un agujero negro o una estrella de neutrones”. “Todavía hay mucha incertidumbre sobre cómo mueren las estrellas y los restos fantasmas que dejan atrás”, señala. Cuando las estrellas mucho más masivas que nuestro sol se quedan sin combustible nuclear, se cree que colapsarán en un agujero negro o en una estrella de neutrones. “Pero no sabemos exactamente cuáles mueren y se convierten en estrellas de neutrones o mueren y se convierten en agujeros negros”, añade Lu. “No sabemos cuándo nace un agujero negro y muere una estrella, ¿hay una violenta explosión de supernova? ¿O colapsa directamente en un agujero negro y tal vez solo da un pequeño eructo?
Dado que las cosas de las estrellas constituyen todo lo que conocemos en el mundo, comprender la vida después de la muerte de las estrellas es clave para comprender cómo llegamos a ser nosotros mismos.
Cómo detectar un agujero negro suelto
Los agujeros negros son inherentemente invisibles. Atrapan toda la luz que encuentran, por lo tanto, no hay nada que el ojo humano pueda percibir. Así que los astrónomos tienen que ser creativos para detectar estos objetos densos y oscuros.
Por lo general, buscan anomalías en el gas, el polvo, las estrellas y otros materiales que podrían ser causados por la intensa gravedad de un agujero negro. Si un agujero negro está arrancando material de otro cuerpo celeste, el disco resultante de escombros que rodea el agujero negro puede ser claramente visible. (Así es como los astrónomos tomaron la primera imagen directa de uno
Pero si un agujero negro no genera caos con su fuerza gravitatoria, apenas hay nada que detectar. Ese suele ser el caso con estos agujeros negros en movimiento. Entonces, los astrónomos como Lu usan otra técnica llamada microlente astrométrica o gravitacional.
“Lo que hacemos es esperar la alineación casual de uno de estos agujeros negros que flotan libremente y una estrella de fondo”, explica Lu. “Cuando los dos se alinean, la luz de la estrella de fondo se distorsiona por la gravedad del agujero negro. [in front of it]. Se muestra como un brillo de la estrella. [in the astronomical data]. También hace que tome un pequeño paseo en el cielo, un pequeño bamboleo, por así decirlo”.
La estrella de fondo en realidad no se mueve, sino que parece cambiar de rumbo cuando el agujero negro u otro objeto compacto pasa frente a ella. Eso es porque la gravedad del agujero negro deforma el tejido del espacio-tiempo, según la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, que altera la luz de las estrellas.
Las probabilidades de que un agujero negro itinerante pueda atravesar nuestro vecindario celestial e interrumpir la vida en la Tierra son “astronómicamente pequeñas”.
Los astrónomos usan microlentes para estudiar todo tipo de fenómenos temporales en el universo, desde supernovas hasta exoplanetas que transitan alrededor de sus estrellas. Pero es complicado hacerlo con telescopios terrestres, ya que la atmósfera de la Tierra puede desenfocar las imágenes.
“En astrometría, estás tratando de medir la posición de algo con mucha precisión y necesitas imágenes muy nítidas”, explica Lu. Entonces, los astrónomos confían en los telescopios en el espacio, como el Hubble, y un par de instrumentos terrestres que tienen sistemas sofisticados para adaptarse a la interferencia atmosférica. “En realidad, solo hay tres instalaciones en el mundo que pueden realizar esta medición astrométrica”, dice Lu. “Estamos trabajando a la vanguardia de lo que nuestra tecnología puede hacer hoy”.
¿El primer agujero negro rebelde?
Fue ese brillo, o un “evento de lente gravitacional”, como lo llama Lu, que tanto ella como el equipo de Sahu detectaron en los datos del Telescopio Espacial Hubble en 2011. Supusieron que algo debía estar pasando frente a esa estrella.
Averiguar qué causó el bamboleo y el cambio de intensidad en la luz de una estrella requiere dos medidas: brillo y posición. Los astrónomos observan ese mismo punto en el cielo a lo largo del tiempo para ver cómo cambia la luz cuando el objeto pasa frente a la estrella. Esto les da los datos que necesitan para calcular la masa de ese objeto, lo que a su vez determina si es un agujero negro o una estrella de neutrones.
“Sabemos que lo que está haciendo la lente es pesado. Sabemos que es más pesado que tu estrella típica. Y sabemos que está oscuro”, señala Lu. “Pero todavía estamos un poco inseguros sobre qué tan pesado y qué tan oscuro”. Si es solo un poco pesado, digamos, una vez y media la masa de nuestro sol, en realidad podría ser una estrella de neutrones. Pero si es de tres a 10 veces más masivo que nuestro sol, entonces sería un agujero negro, explica Lu.
A medida que los dos equipos recopilaron datos de 2011 a 2017, sus análisis revelaron masas claramente diferentes para ese objeto compacto. El equipo de Sahu determinó que el objeto itinerante tiene una masa siete veces mayor que la de nuestro sol, lo que lo colocaría directamente en el territorio de un agujero negro. Pero el equipo de Lam y Lu calculó que era menos masivo, entre 1,6 y 4,4 masas solares, lo que abarca ambas posibilidades.
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Los astrónomos no pueden estar seguros de qué cálculo es correcto hasta que tienen la oportunidad de saber qué tan brillante es normalmente la estrella de fondo y su posición en el cielo cuando algo no pasa frente a ella. No estaban enfocados en esa estrella antes de notar su brillo y oscilación poco característicos, por lo que ahora tienen la oportunidad de hacer esas observaciones de línea de base a medida que el efecto de lente se ha desvanecido, explica Lu. Esas observaciones provendrán de los nuevos datos del Hubble en el otoño.
Lo que sí saben es que el objeto en cuestión está en el Brazo espiral Carina-Sagitario de la Vía Láctea, y actualmente se encuentra a unos 5.000 años luz de la Tierra. Esta detección también sugiere que el agujero negro itinerante más cercano podría estar a menos de 100 años luz de distancia, dice Lu. Pero eso no es motivo de preocupación.
“Los agujeros negros son un drenaje. Si te acercas lo suficiente, te consumirán”, señala Lu. “Pero tienes que acercarte mucho, mucho más de lo que normalmente imaginamos”. El límite alrededor de un agujero negro que marca la línea donde la luz aún puede escapar de su gravedad, llamado horizonte de eventos, generalmente tiene un radio de menos de 20 millas.
Las probabilidades de que un agujero negro itinerante pueda atravesar nuestro vecindario celestial e interrumpir la vida en la Tierra son “astronómicamente pequeñas”, dice Lu. “Ese es el tamaño de una ciudad. Así que un agujero negro podría pasar por el sistema solar y apenas nos daríamos cuenta”.
Pero ella no lo descarta. “Soy científica”, dice ella. “No puedo decir que no haya posibilidad”.
Independientemente de si los primeros equipos detectaron un agujero negro itinerante o una estrella de neutrones, dice Lu, “la verdadera revolución que muestran estos dos artículos es que ahora podemos encontrar estos agujeros negros usando una combinación de mediciones de brillo y posición”. Esto abre la puerta a los descubrimientos de más nómadas que capturan la luz, especialmente a medida que nuevos telescopios entran en funcionamiento, incluido el Observatorio Vera C. Rubin, actualmente en construcción en Chile, y el Telescopio Espacial Nancy Grace Roman, cuyo lanzamiento está previsto para finales de esta década.
De la forma en que Lu lo ve, “el próximo capítulo de estudios de agujeros negros en nuestra galaxia ya ha comenzado”.