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Descubierto el primer agujero negro en un cúmulo globular

Un equipo de astrónomos, utilizando el instrumento MUSE, instalado en el VLT de Chile ha detectado por primera vez un agujero negro de masa estelar inactivo en el núcleo de un cúmulo globular.

Este descubrimiento ha tenido lugar más concretamente en el cúmulo globular NGC 3201, situado en la constelación boreal de Vela.

El cúmulo globular NGC 3201

El cúmulo globular NGC 3201

Imagen de amplio campo del cielo que rodea al cúmulo globular de estrellas NGC 3201

Imagen de amplio campo del cielo que rodea al cúmulo globular de estrellas NGC 3201

El equipo dirigido por Benjamín Giesers descubrió que una de las estrellas de este cúmulo se comportaba de una manera extraña, iba hacia adelante y hacia atrás a velocidades de cientos de miles de kilómetros por hora con un período de 167 días. Este movimiento extraño les llevó a teorizar sobre que dicha estrella estaba orbitando un objeto completamente invisible y que tendría una masa de más de cuatro soles y que con estas características sólo podría tratarse de un agujero negro. ¡El primero de ellos encontrado en un cúmulo globular observando directamente su fuerza gravitacional!

Concretamente la estrella observada tiene 0.8 masas solares y la masa del misteriosoobjeto se estima en 4.36 masas solares, lo que indica que probablemente se trate de un agujero negro.

Giesers concluye: “Hasta hace poco se suponía que casi todos los agujeros negros desaparecerían de los cúmulos globulares después de poco tiempo y que sistemas como este ¡ni siquiera deberían existir! Pero, claramente, este no es el caso. Nuestro descubrimiento es la primera detección directa de los efectos gravitacionales de un agujero negro de masa estelar en un cúmulo globular. Este descubrimiento nos ayuda a comprender la formación de cúmulos globulares y la evolución de los agujeros negros y los sistemas binarios, vital en el contexto de la comprensión de fuentes de ondas gravitacionales”.

NGC 3201 en la constelación Vela

NGC 3201 en la constelación Vela

Los cúmulos globulares son enormes masas de estrellas muy antiguas y se cree que este tipo de cúmulos han creado un gran número de agujeros negros de masa estelar. Creados a partir del colapso de los restos producidos por las novas que generan las estrellas masivas que habitan el cúmulo.

Actualmente se está llevando a cabo el estudio de 25 cúmulos globulares dentro de la Vía Láctea con el instrumento MUSE. Estos estudios proporcionarán a los astrónomos espectros de entre 600 y 27.000 estrellas de cada unos de los cúmulos. Además dichos estudios analizarán la velocidad radial de las estrellas individuales (la velocidad a la que se alejan o acercan a la Tierra) lo que ayudará a caracterizar la órbita de dichas estrellas así como las características de cualquier objeto masivo que puedan estar orbitando.

Como la luz no es capaz de escapar de los agujeros negros debido a la enorme gravedad de estos últimos, el principal método para detectarlos es mediante observaciones de emisiones de ondas de radio o de rayos X procedentes del material caliente que los rodea. Pero cuando un agujero negro no está interactuando con la materia caliente y, por tanto, no acumula masa o emite radiación, como en este caso, el agujero negro está “inactivo” y resulta invisible, por lo que se requiere otro método de detección.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado “A detached stellar-mass black hole candidate in the globular cluster NGC 3201”, por B. Giesers et al., que aparece en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

El equipo está formado por Benjamin Giesers (Universidad Georgia Augusta de Gotinga, Alemania); Stefan Dreizler (Universidad Georgia Augusta de Gotinga, Alemania); Tim-Oliver Husser (Universidad Georgia Augusta de Gotinga, Alemania); Sebastian Kamann (Universidad Georgia Augusta de Gotinga, Alemania; Universidad John Moores de Liverpool, Liverpool, Reino Unido); Guillem Anglada Escudé (Universidad Queen Mary de Londres, Reino Unido); Jarle Brinchmann (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos; Universidad de Oporto, CAUP, Oporto, Portugal); C. Marcella Carollo (Instituto Federal Suizo de Technología ETH, Zúrich, Suiza); Martin M. Roth (Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam, Potsdam, Alemania); Peter M. Weilbacher (Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam, Potsdam, Alemania); y Lutz Wisotzki (Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam, Potsdam, Alemania).

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

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Astronomía General

Expansión del Universo

La limitación de 300.000 kilómetros por segundo de la velocidad de la luz hace que sólo podamos ver la parte del Universo que tenemos lo suficientemente cerca como para que su luz nos haya llegado ¿Cómo es de grande el Universo entonces? ¿Dónde se encuentran los límites? No se sabe la magnitud real, de hecho no sabemos ni siquiera si tiene límites, pudiendo ser infinito. Lo que sí sabemos a ciencia cierta es que el universo observable, que se estima que es una pequeñísima parte del universo real, mide casi cien mil millones de años luz. Pero… si sabemos que la edad del Universo es de 13 800 millones de años, ¿cómo es posible que sea siete veces mayor si la velocidad de la luz no se puede rebasar? Según la teoría de la relatividad especial, nada puede moverse más rápido que la luz, y aunque pueda crearse una paradoja en el hecho de que dos objetos del universo se hayan separado casi 100 000 millones de años luz en un tiempo de sólo 13 800 millones de años, esta separación, teniendo en cuenta los sistemas de referencia, no entra en conflicto con la teoría de la relatividad general, ya que sólo afecta al movimiento en el espacio, pero no al espacio en sí, que puede extenderse a una velocidad superior a la de la luz. De modo que la luz que nos llega de la radiación de fondo cósmico, que es la luz más antigua que podemos detectar, ha recorrido casi 45 000 millones de años luz en algo más de 13 400 millones de años hasta llegar a nosotros.

LEY DE HUBBLE

Expansión del Universo ilustrada con un globo. Crédito: Eugenio Bianchi

El Universo que vemos tiene esa dimensión debido a la expansión acelerada, que hace que las primeras galaxias que emitieron la luz de hace más de 13 000 millones de años se encuentren hoy muchísimo más alejadas, determinando esa distancia por la ley de Hubble y su constante de expansión del Universo, llmada ‘constante de proporcionalidad’ o ‘constante de Hubble’, que es la inercia acelerada con la que se va “estirando” el Cosmos, siendo, según los últimos cálculos, de 70 km/s/Mpc (1 Mpc = 3,3 millones de años luz).

La ley de Hubble nos permite hacer una estimación de la edad del Universo, ya que esta constante de proporcionalidad es igual a la velocidad dividida entre la distancia. Para que sea entendible pongamos un ejemplo: sabiendo que la relación entre velocidad de expansión y distancia es lineal tenemos que, una galaxia situada a 2 Mpc se estará alejando a 140 km/s/Mpc (una galaxia situada a 3 Mpc se aleja a 210 km/s/Mpc, una situada a 4 Mpc a 280, y así sucesivamente). Dividiendo la distancia (2 Mpc), en metros, entre la velocidad (140 km/s), en metros por segundo, nos arroja un valor de unos 13 900 millones de años. Dicho de otra manera, esa galaxia a esa velocidad tardaría 13 900 millones de años en recorrer la distancia que nos separa de ella. Lo mismo ocurre con galaxias más lejanas y más cercanas, que se están alejando a mayor o menor velocidad (según el caso) y, puesto que la constante es proporcional (puedes hacer tú mismo los cálculos), tardarían lo mismo en recorrer la distancia que nos separa a nosotros de todas y cada una de ellas, es decir 13 900 millones de años. Teniendo en cuenta que la atracción gravitatoria entre galaxias tiende a ralentizar un poco esa velocidad, el cálculo definitivo es de 13 800 millones de años.

De modo que todo se aleja más rápido cuanto más lejos se encuentre; todo esto, por supuesto, sin tener en cuenta la aceleración gravitatoria local que podría hacer que dos galaxias se atrayesen en lugar de alejarse, como ocurre con Andrómeda y la Vía Láctea, que, como todos sabemos, algún día colisionará y se fusionará con nosotros dando como resultado una galaxia espiral gigante.

RADIO DE HUBBLE

Representación gráfica de nuestro radio de Hubble. Crédito: Wikipedia

Cómo hemos dicho al principio de la entrada el Universo observable tiene un diámetro de casi 100 000 millones de años luz. Si tomamos como referencia la constante de Hubble tendríamos que un objeto lo suficientemente alejado de nosotros se estaría alejando a una velocidad superior a la de la luz, por lo tanto hay un lugar en el Universo a una distancia determinada exacta en la que la velocidad de expansión coincide con la de la luz, de modo que a partir de ese punto nunca podría llegarnos esa luz que se aleja más rápido que la propia velocidad de la luz —no obstante, por muy alejadas que se encuentren dos galaxias en una determinada época, siempre hay un tiempo finito en el pasado donde se encontraban a una distancia lo suficientemente pequeña para que la luz pudiera viajar entre ellas en el resto de tiempo disponible hasta dicha época. Al conjunto de puntos que distan esa distancia alrededor de nosotros, es decir, a la distancia a la que la ley de Hubble predice que la velocidad de expansión es igual a la de la luz se le llama radio de Hubble. El valor de este radio es de 14 000 millones de años luz, dato muy curioso puesto que se asemeja mucho a la edad del Universo de 13 800 millones de años pero que no tienen nada que ver. Otro de los misterios de nuestro vasto Universo.

Crédito imagen de portada: Jose Luis Crespo Cepeda.

Enamorado del cielo. Interesado en las ciencias del espacio y la ciencia en general. Me encanta aprender y compartir lo aprendido.
Creador de www.universoeterno.com y @universo.eterno en instagram.

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