Los agujeros negros han sido durante mucho tiempo uno de los fenómenos más fascinantes del cosmos. Estos objetos densos se forman a partir del colapso de estrellas masivas y dan lugar a regiones en el espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar de su atracción, ni siquiera la luz. Durante años, los astrónomos han investigado cómo se forman los agujeros negros y qué procesos los gobiernan. En este contexto, se han descubierto numerosos sistemas binarios de agujeros negros, en los que dos agujeros negros orbitan entre sí. Sin embargo, los sistemas triples, donde tres agujeros negros están presentes en un mismo sistema, han sido un tema de especulación hasta hace poco.
Un equipo de investigadores de instituciones como el MIT y Caltech ha dado un gran paso en la comprensión de estos sistemas al descubrir el primer sistema triple de agujeros negros. El estudio, liderado por Kevin Burdge y sus colegas, fue publicado recientemente, y presenta un análisis detallado del sistema triple descubierto y sus implicaciones para la astrofísica.
El descubrimiento del sistema triple
El equipo describe en su paper un sistema que incluye tres agujeros negros que orbitan entre sí, un hecho rompedor respecto a ideas previas sobre cómo se forman y se comportan estos objetos masivos. La clave para este descubrimiento fue la observación de una estrella cercana al sistema binario de agujeros negros conocido como V404 Cygni, una fuente bien estudiada de rayos X que alberga un agujero negro de baja masa.
Utilizando datos del satélite Gaia y el instrumento Aladin, los investigadores detectaron un tercer objeto en el sistema, que inicialmente se pensaba que era una estrella común. Sin embargo, un análisis más profundo de sus movimientos y propiedades reveló que este tercer cuerpo es en realidad otro agujero negro, lo que convierte a V404 Cygni en el primer sistema triple conocido de agujeros negros. Este tercer agujero negro se encuentra a una distancia de aproximadamente 3.500 unidades astronómicas del sistema binario, lo que equivale a 90 veces la distancia entre el Sol y Plutón.
Importancia de las “patadas natales”
El descubrimiento de este sistema triple ofrece una oportunidad única para estudiar un fenómeno astrofísico conocido como “patada natal“. Este término se refiere al impulso de velocidad que reciben algunos agujeros negros o estrellas de neutrones al formarse, debido a la explosión de supernovas asimétricas o colapsos estelares. Hasta ahora, se creía que muchos agujeros negros recibían estas patadas, que alteraban su velocidad y trayectoria. Sin embargo, el estudio revela que el agujero negro en V404 Cygni probablemente se formó sin recibir una patada natal significativa.
Las simulaciones realizadas por los investigadores muestran que una patada mayor a 5 km/s habría sido suficiente para desestabilizar la órbita del tercer agujero negro y expulsarlo del sistema. Dado que el sistema ha permanecido intacto, es probable que el agujero negro se haya formado a través de un colapso directo, sin una explosión de supernova y, por lo tanto, sin una patada significativa. Esto proporciona una valiosa evidencia de que, al menos en algunos casos, los agujeros negros pueden formarse sin patadas natales, lo que lleva a los científicos a replantear las teorías actuales sobre su formación.
V404 Cygni y los sistemas jerárquicos
V404 Cygni ha sido objeto de estudio durante décadas, pero la identificación de este sistema como un sistema triple jerárquico añade una nueva capa de complejidad. En este tipo de sistemas, el tercer cuerpo orbita a una distancia considerable del par interior, creando una estructura estable a largo plazo. Los investigadores han sugerido que los mecanismos de von Zeipel-Lidov-Kozai podrían haber jugado un papel clave en la evolución del sistema. Estos ciclos son interacciones gravitacionales entre el tercer cuerpo y el par interior que pueden provocar cambios en la inclinación y la excentricidad de las órbitas, lo que, con el tiempo, podría haber llevado a que el agujero negro y su estrella compañera interior migraran a una órbita más cercana.
Este descubrimiento es consistente con los modelos teóricos que proponen que los sistemas triples jerárquicos podrían ser una de las principales vías de formación de sistemas binarios de agujeros negros de baja masa, como V404 Cygni. La presencia de un tercer cuerpo en una órbita lejana facilita la transferencia de masa entre las estrellas del sistema, lo que puede llevar a la formación de un agujero negro sin desencadenar una fusión de las estrellas.
Implicaciones para la evolución de los agujeros negros
El descubrimiento de este sistema triple tiene importantes implicaciones para nuestra comprensión de la evolución de los agujeros negros. En primer lugar, sugiere que los agujeros negros pueden formarse sin las explosiones violentas de supernovas que tradicionalmente se han asociado con su creación. Esto apoya la idea de que algunos agujeros negros pueden formarse a través de un colapso directo de la estrella progenitora, lo que evita la eyección de materia y permite la formación de sistemas estables con múltiples cuerpos.
Además, este hallazgo abre la puerta a la posibilidad de que otros sistemas de agujeros negros triples puedan estar ocultos en el universo, esperando ser descubiertos. Los astrónomos ahora podrán buscar más activamente sistemas jerárquicos como V404 Cygni, utilizando técnicas similares de observación y análisis. A medida que se descubran más de estos sistemas, los modelos teóricos sobre la evolución de los agujeros negros y la formación de sistemas binarios y triples deberán ajustarse para reflejar estos nuevos datos.
El artefacto en forma de corazón: una curiosidad técnica
Durante las observaciones del sistema V404 Cygni, los investigadores notaron un artefacto visual inusual en las imágenes capturadas por el telescopio Pan-STARRS. Este artefacto, que apareció repetidamente en diferentes imágenes, tenía una forma peculiar de corazón. Sin embargo, este “corazón” no es un fenómeno astronómico real, sino una distorsión óptica generada por el equipo de observación.
Los artefactos en las imágenes astronómicas son bastante comunes y pueden ser causados por diversos factores, como irregularidades en el sensor del telescopio, errores en el apilamiento de imágenes o condiciones atmosféricas al momento de la captura. En este caso, los científicos identificaron que este artefacto de corazón estaba afectando la calidad de las imágenes, lo que los llevó a trabajar con las imágenes originales no contaminadas para asegurar la precisión de su análisis.
Aunque el artefacto en forma de corazón no tiene ninguna relación con los tres agujeros negros del sistema, se convirtió en una curiosidad dentro del proceso de investigación. De hecho, los científicos decidieron utilizar imágenes individuales, en lugar de las apiladas, para evitar la influencia de este defecto visual y poder centrarse en el análisis del sistema triple de agujeros negros.
Referencias
- Autores: Kevin B. Burdge, Kareem El-Badry, Erin Kara, Claude Canizares, Deepto Chakrabarty, Anna Frebel, Sarah C. Millholland, Saul Rappaport, Rob Simcoe, Andrew Vanderburg. Título del paper: The black hole low mass X-ray binary V404 Cygni is part of a wide hierarchical triple, and formed without a kick. Revista: Astrophysical Journal. DOI: https://arxiv.org/abs/2404.03719.
Cortesía de Muy Interesante
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