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Detectan una agujero negro solitaria mediante una variación por astrometría del efecto de microlente gravitatoria.

Como todos hemos ya visto en estas mismas páginas, existen planetas errantes, que son planetas sin una estrella a la que orbitar que vagan por nuestra galaxia sin un objetivo en concreto.

Lo que sí debe de haber en abundancia serían los agujeros negros solitarios, que serían el producto de la explosiones de supernovas de estrellas masivas solitarias. También se ha propuesto que deberían existir agujeros negros errantes, que se moverían a mayor velocidad que las estrellas. Pero, aunque todos estos cuerpos solitarios probablemente abunden en la galaxia, son extremadamente difíciles de detectar.

Ahora, un grupo de astrónomos afirma haber detectado uno de ellos y, aunque todavía no se haya publicado en una revista con revisores y el resultado sea provisional, la comunidad científica está excitada porque esta vez parece que las pruebas son sólidas.

Los agujeros negros son tan masivos que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria, por lo que, por su naturaleza, no se pueden ver. El problema es que un agujero negro aislado deambulando solo por la Vía Láctea es todavía un caso peor, pues ni siquiera traga materia que pueda emitir radiación, ni interactúa, obviamente, con alguna estrellas compañera en la que podamos ver perturbaciones gravitatorias. La única manera de vislumbrar uno de estos objetos es cuando afecte a la luz que nos venga de las estrellas que estén en el fondo según nuestra perspectiva.

Se cree que los agujeros negros solitarios son comunes y que se forman cada vez que una estrella aislada de más de 20 masas solares llega al final de su vida. «Debería haber 100 millones de agujeros negros de este tipo en la galaxia, deberían estar en todas partes, pero es muy difícil encontrarlos», dice Kailash Sahu (Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore).

Confirmar la presencia de este agujero negro que nos atañe necesitó de diez años de observaciones con el Telescopio Espacial Hubble. Para detectarlo, el equipo internacional utilizó una variante de la técnica conocida como microlente gravitatoria.

Cualquier cuerpo masivo deforma el espacio a su alrededor y un agujero negro es un objeto denso y masivo. Si una estrella está situada justo detrás de uno de ellos, según nuestra perspectiva, la luz de la estrella seguirá geodésicas en ese espacio curvo y esa luz será concentrada hacia nosotros como si el agujero negro fuera una lente. El efecto es un aumento del brillo de la estrella. Como estos objetos se tienen que mover con un movimiento propio tendrá que pasar por delante de alguna estrella en algún momento y dejar de hacerlo pasado un tiempo. Es este cambio de brillo por microlente gravitatoria el que delataría la presencia del agujero negro.

Pero si no pasa exactamente por delante, pero muy cerca según nuestra perspectiva, entonces la posición de la estrella parecerá variar en el tiempo. Este variante astrométrica del efecto de microlente gravitatoria es similar a lo que hizo en 1919 el astrónomo británico Arthur Stanley Eddington cuando observó un eclipse solar y demostró así la validez de la Relatividad General.

Es efecto se da para cualquier cuerpo con masa, pero un agujero negro afecta un área más grande del espacio y, por lo tanto, hará que la estrella aumente su brillo por más tiempo. En el caso de objetos más ligeros, como las estrellas de neutrones, que se mueven con una lentitud inusual, también podrían causar un brillo prolongado. O, en la otra variante del efecto, un cambio de posición de las estrellas de fondo más prolongado en el tiempo.

Las probabilidades de ver un evento de este tipo para un agujero negro aislado son escasas, pero dado que se predice que hay millones de agujeros negros de masa estelar que se desplazarán a través de nuestra galaxia, algunos casos podrían aparecer en estudios suficientemente amplios y profundos del cielo.

El equipo de investigadores seleccionó ocho objetos candidatos para ver este efecto al buscar un cambio en estrellas del fondo que se diera durante al menos 200 días. Ahora tienen suficientes datos para afirmar que uno de ellos es un agujero negro.

Durante seis años, el grupo usó el telescopio espacial Hubble para medir cómo el objeto que pasaba parecía desviar la posición de una estrella en el cielo. Esta desviación es minúscula; según Sahu, medirla desde la Tierra sería equivalente a que alguien en Nueva York midiera el ancho de una moneda en Los Ángeles. El efecto fue 1000 veces más pequeño que lo que midió Eddington en su día y estaba cerca de los límites de las capacidades del Hubble.

Usando las ecuaciones de la Relatividad General, los investigadores pudieron calcular que la masa del objeto invisible era de aproximadamente siete veces la del Sol, por lo que es suficientemente pesado como para que sea casi seguro un agujero negro y no otro tipo de objeto. En este caso la detección es mucho más convincente en otras ocasiones previas.

Finalmente, el hallazgo pudo ser confirmado con información adicional de los observatorios terrestres que observaron el mismo evento. Las ligeras diferencias en el ángulo en el que la luz incidió en varios lugares de la Tierra crearon un efecto de paralaje que permitió calcular la distancia a nosotros del agujero negro: 5150 años luz.

Además, combinando la distancia, la masa del objeto y la duración del suceso pudieron revelar que el agujero negro viaja a través de nuestro campo de visión a unos 45 kilómetros por segundo. Esto es un poco más rápido que las velocidades habituales de 10 a 30 kilómetros por segundo de otras estrellas. Ello podría indicar que el agujero negro recibió un empuje adicional a la velocidad propia de la estrella progenitora cuando se formó durante la explosión de supernova.

Este fenómeno de empuje es todavía un asunto que está bajo debate en la comunidad científica y tiene implicaciones para comprender las supernovas.

En este caso hay que señalar que se conoce solamente una componente de la velocidad del agujero negro, por lo que su velocidad neta podría ser diferente a la calculada.

No está claro cuándo habría ocurrido la supernova que dio lugar a este agujero negro, pero se podría especula que fue hace 100 millones de años, según Sahu. «Realmente no podemos decirlo porque no sabemos de dónde vino exactamente», añade.

Este no es el primer indicio observacional de microlente de agujeros negros de masa estelar, pues ha habido varios candidatos anteriormente. Lo que es diferente ahora es la medición exitosa de la desviación gravitacional de la luz de la estrella del objeto de la lente por astrometría, en lugar de su mera amplificación. Esto ha permitido calcular con mejor precisión la masa del objeto y, por lo tanto, su verdadera naturaleza.

En la actualidad, varios proyectos buscan estos y otros eventos de microlente, incluido OGLE, realizado por la Universidad de Varsovia en Polonia, y MOA, realizada por investigadores en Nueva Zelanda y Japón.

La técnica utilizada por este equipo de investigadores debería permitir a los astrónomos identificar una variedad más amplia de agujeros negros que los que normalmente se detectan con los métodos existentes. Este descubrimiento puede ser solo el comienzo. Se espera que las campañas de observación en curso y las próximas misiones encuentren docenas o incluso cientos más de viajeros oscuros y solitarios, por lo que esto de ahora sería solamente la punta del iceberg.

A medida que surjan más hallazgos y se tenga más casos y, por tanto, una estadística mejor, los astrónomos podrán descubrir más aspectos sobre los orígenes de los agujeros negros aislados. Lo que es seguro es que encontrar más agujeros negros aislados permitirá a los investigadores probar y refinar los modelos de formación de agujeros negros estelares. Este mismo equipo de investigadores tiene otros tres candidatos prometedores a agujeros negros para examinar.

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Fuentes y referencias:
Preprint en ArXiv.
Ilustración: NASA/ESA/Gaia/DPAC