X9, un agujero negro en Tucanae 47

Se descubre una estrella en la órbita más cercana conocida alrededor de un probable agujero negro.

Sistema binario de enana blanca y agujero negro, imagen de autor.

Este gráfico ofrece la impresión de un artista de una estrella encontrada en la órbita más cercana conocida alrededor de un agujero negro, según lo divulgado en nuestro último comunicado de prensa. Este descubrimiento se realizó utilizando datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA  (mostrados en el recuadro donde los rayos X de baja, media y alta energía son de color rojo, verde y azul respectivamente), además del telescopio NuSTAR de la NASA y el Australia Telescope Compact Formación.

Los astrónomos encontraron este extraordinario estrecho vínculo estelar en el cúmulo globular llamado Tucanae 47, una densa colección de estrellas ubicada en las afueras de la galaxia de la Vía Láctea, a unos 14.800 años luz de la Tierra.

Esta fuente en particular, conocida como X9, ha sido de interés para los científicos durante muchos años. Hasta hace un par de años, los astrónomos pensaron que X9 contenía una enana blanca tirando de material de una estrella compañera como el Sol. Sin embargo, un equipo de científicos en el año 2015 utilizó datos de radio para demostrar que probablemente X9 consistía en un agujero negro que tiraba gas de una compañera enana blanca. Los astrónomos llaman a este par de objetos que orbitan entre sí "sistema binario". Estos investigadores predijeron que la enana blanca tardaría sólo unos 25 minutos en orbitar el agujero negro.

Los nuevos datos de Chandra probablemente verifican esta hipótesis y revelan que los rayos X cambian periódicamente durante unos 28 minutos. Además, los datos de Chandra muestran evidencia de grandes cantidades de oxígeno en el sistema, una característica para la presencia de una enana blanca. Por lo tanto, se puede argumentar que la estrella compañera es una enana blanca, que estaría en órbita alrededor del agujero negro a sólo 2,5 veces la separación entre la Tierra y la Luna.

Como se ve en la ilustración del artista, la enana blanca está tan cerca del agujero negro que gran parte de su material se está arrancando. Si continúa perdiendo masa, esta enana blanca puede evolucionar en algún tipo de planeta exótico o evaporarse por completo.

Para que se produzca una relación tan estrecha, una posibilidad es que el agujero negro se formó dentro de una estrella gigante roja expulsando el gas de las regiones exteriores de la estrella fuera del sistema binario. El núcleo restante del gigante rojo se transformaría en una enana blanca que con el tiempo se convertiría en un compañero binario del agujero negro. La órbita del binario se habría encogido a medida que se emitieran las ondas gravitatorias hasta que el agujero negro comenzara a extraer material de la enana blanca. Las ondas gravitacionales producidas actualmente por X9 tienen una frecuencia que es demasiado baja para ser detectada con el Observatorio de Ondas Gravitatorias del Interferómetro Láser (LIGO). Podría ser detectado con futuros observatorios de ondas gravitatorias en el espacio.

Otra explicación alternativa de las observaciones es que el binario contiene una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro que está girando más rápido a medida que extrae material de una compañera enana blanca a través de un disco. Este proceso puede conducir a la estrella de neutrones a girar alrededor de su eje miles de veces cada segundo. Algunos de estos objetos, llamados pulsares de milisegundo de transición se han observado cerca del final de esta fase de hilatura. Los autores no están a favor de esta posibilidad, ya que los pulsares de milisegundo de transición tienen propiedades no vistas en X9, como la extrema variabilidad en rayos X y longitudes de onda de radio. Sin embargo, no pueden refutar esta explicación.

Además de Chandra, el telescopio NuSTAR de la NASA, que observa rayos X de energía más alta, y el radiotelescopio Australia Telescope Compact Array se utilizaron para realizar este descubrimiento.

Un documento que describe estos resultados fue recientemente aceptado para su publicación en los Avisos Mensuales de la Royal Astronomical Society y está disponible en línea. Los autores del artículo son Arash Bahramian (Universidad de Alberta), Craig Heinke (Alberta), Vlad Tudor (Universidad de Curtin e ICRAR), James Miller-Jones (ICRAR), Slavko Bogdanov (Universidad de Columbia), Thomas Maccarone ), Christian Chiguk (Universidad Estatal de Michigan), Jay Strader (Estado de Michigan), Javier García (Centro de Astrofísica de Harvard-Smithsonian), y Timothy Kallman (Goddard Space Flight Center), Christian Knigge (Universidad de Southampton), Gregory Sivakoff ).

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa de Chandra para la Dirección de Misión Científica de la NASA en Washington. El Smithsonian Astrophysical Observatory en Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia de Chandra y las operaciones de vuelo.

Crédito:

Rayos X: NASA / CXC / Universidad de Alberta / A.Bahramian et al .; 

Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss