Descubren el agujero negro más ligero o la estrella de neutrones más pesada
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| Un equipo internacional de astrónomos ha encontrado un objeto nuevo y desconocido en la Vía Láctea que es más pesado que las estrellas de neutrones más pesadas conocidas y, al mismo tiempo, más ligero que los agujeros negros más ligeros conocidos. Imagen: Universidad de Manchester/Instituto Max Planck de Radioastronomía |
20 enero 2024.- A unos 40.000 años luz de distancia, un objeto que gira rápidamente tiene un compañero que confunde a los astrónomos. Es más pesado que las estrellas de neutrones más pesadas, pero al mismo tiempo es más ligero que los agujeros negros más ligeros. Las mediciones lo ubican en la llamada brecha de masa de los agujeros negros, una brecha observada en la población estelar de entre dos y cinco masas solares. No parece haber estrellas de neutrones mayores de dos masas solares ni agujeros negros menores de cinco masas solares.
Los astrónomos que trabajan en Transitorios y Púlsares con la colaboración MeerKAT (TRAPUM) encontraron el objeto llamado PSR J0514-4002E en un cúmulo globular llamado NGC 1851. Es un "púlsar binario excéntrico de milisegundos", según los autores de un nuevo artículo de investigación en Science. La masa total del objeto compañero del púlsar es 3,887 ± 0,004 masas solares, lo que lo sitúa justo en la brecha de masa del agujero negro.
¿Qué es?
El nuevo artículo de investigación se titula “ Un púlsar en binario con un objeto compacto en la brecha de masa entre estrellas de neutrones y agujeros negros”. El autor principal es Ewan Barr del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Está publicado en la revista Science.
Barr y sus colegas encontraron el objeto orbitando un púlsar de milisegundos que gira rápidamente. Un púlsar es una estrella de neutrones en rotación resultante de la explosión de una supernova. Los púlsares emiten rayos de energía electromagnética desde sus polos mientras giran. Si la orientación entre la Tierra y el púlsar es correcta, vemos los destellos del púlsar. Por eso se les conoce como faros cósmicos.
Un púlsar de milisegundos tiene un período de rotación de entre 1 y 10 milisegundos. Esto significa que gira de 60.000 a 6.000 veces por minuto.
Los púlsares son herramientas poderosas debido a su giro rápido y predecible. La técnica de sincronización del púlsar mide los pulsos con precisión y se anota cualquier cambio. Esos cambios indican la presencia de otro cuerpo, su masa y su distancia del púlsar.
"Piense en ello como ser capaz de colocar un cronómetro casi perfecto en órbita alrededor de una estrella a casi 40.000 años luz de distancia y luego poder cronometrar esas órbitas con una precisión de microsegundos", dijo el autor principal Barr.
En esta investigación, los astrónomos utilizaron la sincronización del púlsar para detectar el objeto en relación binaria con él. Pero no pudieron decir qué es. ¿Podría ser un sistema binario que contenga un púlsar y un agujero negro? ¿O podría ser un púlsar y una estrella de neutrones? ¿Podría ser otra cosa?
Los astrónomos nunca han encontrado un sistema que contenga un púlsar y un agujero negro, pero les gustaría mucho encontrarlo. Estos emparejamientos presentan una nueva forma de estudiar los agujeros negros y también podrían servir como una nueva prueba para la relatividad general de Einstein. Si el compañero no es un pequeño agujero negro sino una estrella de neutrones pesada, eso es científicamente valioso por una razón diferente.
"Cualquier posibilidad sobre la naturaleza del compañero es apasionante", dijo Ben Stappers, profesor de Astrofísica en la Universidad de Manchester y uno de los coautores. "Un sistema púlsar-agujero negro será un objetivo importante para probar las teorías de la gravedad, y una estrella de neutrones pesada proporcionará nuevos conocimientos en física nuclear a densidades muy altas".
Las estrellas de neutrones son objetos compactos extremadamente densos que quedan después de que una estrella masiva colapsa y explota como una supernova. Las estrellas de neutrones pueden colapsar aún más si ganan masa al interactuar con otro objeto estelar. Pero los astrofísicos no saben en qué se convierten estas estrellas de neutrones después de colapsar. Podrían convertirse en agujeros negros.
Aquí es donde entra en juego la brecha de masa de los agujeros negros.
Los científicos creen que para que una estrella de neutrones colapse, necesita tener aproximadamente 2,2 veces la masa del Sol. Ese es el umbral necesario para que se produzca un colapso. Pero tanto la teoría como la observación muestran que estas estrellas de neutrones colapsadas podrían crear agujeros negros cinco veces más masivos que el Sol. Esto da lugar a la brecha de masa del agujero negro.
Los astrofísicos no están seguros de la naturaleza de los objetos que se encuentran en la brecha de masa. Hay algo allí, como muestran estas observaciones, pero la naturaleza del objeto es difícil de discernir. Cualquiera que sea la compañera, los autores creen que fue el resultado de la fusión de dos estrellas de neutrones.
Si la compañera es una estrella de neutrones masiva, entonces podría ser un púlsar. Pero los autores no pudieron detectar ninguna pulsación.
Los orígenes del objeto binario podrían explicar qué es el objeto, y los astrofísicos tienen modelos detallados de la evolución binaria. Esos modelos indican que la transferencia de masa estuvo involucrada de alguna manera.
“La combinación de la ubicación en un cúmulo globular denso (donde a menudo ocurren encuentros de intercambio estelar), la órbita altamente excéntrica, el rápido giro del púlsar y la gran masa compañera indica que el sistema PSR J0514?4002E es el producto de una secundaria encuentro de intercambio”, explican los investigadores en su artículo.
Los autores creen que un objeto compañero anterior de menor masa transfirió masa al púlsar. Ese tipo de interacciones son más probables en un cúmulo globular como en el que se encuentra el objeto binario, donde las estrellas están muy apretadas. El púlsar también gira muy rápidamente, otra indicación de que ganó masa a partir de un compañero. Si este fuera el caso, entonces, de alguna manera, el objeto complementario actual reemplazó al anterior.
Sin embargo, también es posible una evolución más complicada con múltiples encuentros de intercambio. Por lo tanto, no podemos inferir la naturaleza del compañero a partir de modelos de evolución binaria. Por ahora, la naturaleza del objeto está en el aire.
Fuente:
A pulsar in a binary with a compact object in the mass gap between neutron stars and black holes.Science383,275-279(2024).DOI:10.1126/science.adg3005
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