Los astrónomos han descubierto el agujero negro más cercano en la Tierra, en el patio trasero cósmico

Los astrónomos que utilizan el Observatorio Internacional Gemini han descubierto el agujero negro conocido más cercano a la Tierra. También es el primer descubrimiento inequívoco de un agujero negro inactivo en la Vía Láctea. Su proximidad a la Tierra, a solo 1.600 años luz de distancia, ofrece un interesante objetivo de estudio para avanzar en nuestra comprensión de la evolución de los sistemas binarios. Crédito: Observatorio Internacional Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva / Spaceengine / M. Zamani

El Telescopio Gemini Norte en Hawái revela el primer cúmulo estelar inactivo[{” attribute=””>black hole in our cosmic backyard.

Using the International Gemini Observatory, astronomers have discovered the closest-known black hole to Earth. This is the first unambiguous detection of a dormant stellar-mass black hole in the Milky Way. Located a mere 1600 light-years away, its close proximity to Earth offers an intriguing target of study to advance our understanding of the evolution of binary systems.

Black holes are the most extreme objects in the Universe. It is believed that supermassive versions of these unimaginably dense objects reside at the centers of all large galaxies. Stellar-mass black holes — which weigh approximately five to 100 times the mass of the Sun — are much more common. In fact, there are an estimated 100 million stellar-mass black holes in the Milky Way alone. However, only a handful have been confirmed to date, and nearly all of these are ‘active’. This means that they shine brightly in X-rays as they consume material from a nearby stellar companion, unlike dormant black holes which do not.

Astronomers have now discovered the closest black hole to Earth, which the researchers have dubbed Gaia BH1. To find it, they used the Gemini North telescope in Hawai‘i, one of the twin telescopes of the International Gemini Observatory, operated by NSF’s NOIRLab.

Gaia BH1 is a dormant black hole that is about 10 times more massive than the Sun and is located about 1600 light-years away in the constellation Ophiuchus. This means it is three times closer to Earth than the previous record holder, an X-ray binary in the constellation of Monoceros. The new discovery was made possible by making exquisite observations of the motion of the black hole’s companion, a Sun-like star that orbits the black hole at about the same distance as the Earth orbits the Sun.

Esta animación muestra una estrella similar al Sol que orbita Gaia BH1, el agujero negro más cercano a la Tierra, ubicado a unos 1.600 años luz de distancia. Las observaciones de Gemini North, uno de los telescopios gemelos del Observatorio Internacional Gemini, operado por NOIRLab de NSF, fueron cruciales para restringir el movimiento orbital y, por lo tanto, las masas de los dos componentes en el sistema binario, lo que permitió al equipo identificar el objeto central como un agujero negro de unas 10 veces la masa de nuestro Sol. Crédito: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (KC Chambers et al. 2016), ESA/Gaia/DPAC

“Toma el sistema solar, pon un agujero negro donde está el sol, y el sol está donde está la Tierra, y tendrás este sistema”, explica Karim El-Badri, astrofísico del Centro Astrofísico. Harvard, Smithsonian y Max Planck Institute for Astronomy, y autor principal del artículo que describe este descubrimiento, publicado el 2 de noviembre en Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.

Si bien ha habido muchos supuestos descubrimientos de tales sistemas, casi todos estos descubrimientos han sido refutados posteriormente. Este es el primer descubrimiento inequívoco de una estrella similar al Sol en una amplia órbita alrededor de un agujero negro de masa estelar en nuestra galaxia”.

Aunque hay millones de agujeros negros de masa estelar vagando por la Vía Láctea, se han descubierto muy pocos a través de sus interacciones activas con una estrella compañera. A medida que el material de una estrella cercana gira en la dirección del agujero negro, se vuelve extremadamente caliente y genera potentes rayos X y chorros de material. Si un agujero negro no se está alimentando activamente (es decir, está dormido), simplemente se fusiona con su entorno.

“He estado buscando agujeros negros inactivos durante los últimos cuatro años utilizando una amplia gama de conjuntos de datos y métodos”, dijo Al-Badri. “Mis intentos anteriores, así como los de otros, han dado lugar a una serie de sistemas binarios disfrazados de agujeros negros, pero esta es la primera vez que la investigación da frutos”.

El equipo identificó originalmente que el sistema albergaba potencialmente un agujero negro mediante el análisis de datos de Agencia Espacial Europea nave espacial gaia. Gaia capturó las diminutas irregularidades en el movimiento de la estrella causadas por la gravedad de un objeto masivo e invisible. Para explorar el sistema con más detalle, Al-Badri y su equipo recurrieron al instrumento Gemini Multi-Object Spectrograph en Gemini North, que midió la velocidad de la estrella compañera mientras orbitaba el agujero negro y proporcionó una medición precisa del período de su órbita. . Las observaciones de seguimiento de Gemini fueron cruciales para restringir el movimiento orbital y, por lo tanto, las masas de los dos componentes en el sistema binario, lo que permitió al equipo identificar el objeto central como un agujero negro de aproximadamente 10 veces la masa de nuestro sol.

Al-Badri explicó que “nuestras observaciones del seguimiento de Gemini confirmaron sin lugar a dudas que el binario contiene una estrella ordinaria y al menos un agujero negro inactivo”. “No pudimos encontrar un escenario astrofísico plausible que pudiera explicar la órbita observada de un sistema que no incluye al menos un agujero negro”.

El equipo confió no solo en las impresionantes capacidades de monitoreo de Gemini North, sino también en la capacidad de Gemini para proporcionar datos en un plazo ajustado, ya que el equipo tenía poco tiempo para realizar sus observaciones de seguimiento.

“Cuando tuvimos los primeros indicios de que el sistema contenía un agujero negro, solo teníamos una semana antes de que los dos objetos estuvieran en su separación orbital más cercana. Las mediciones en este punto son necesarias para hacer estimaciones precisas de la masa en un sistema binario”, dijo Al. -Dijo Badri. “La capacidad de Gemini para brindar retroalimentación en una escala de tiempo breve fue fundamental para el éxito del proyecto. Si perdíamos esa ventana estrecha, teníamos que esperar otro año”.

Es difícil presionar los modelos actuales de los astrónomos sobre la evolución de los sistemas binarios para explicar cómo surgió la peculiar formación de Gaia BH1. Específicamente, la estrella progenitora que luego se convirtió en el agujero negro recién descubierto tenía al menos veinte veces la masa de nuestro sol. Esto significa que ella solo habría vivido unos pocos millones de años. Si ambas estrellas se formaran al mismo tiempo, esa estrella masiva se convertiría rápidamente en una supergigante, inflando y engullendo a la otra estrella antes de que tuviera tiempo de convertirse en una estrella de secuencia principal adecuada, que quema hidrógeno, como nuestro Sol.

No está del todo claro cómo una estrella de masa solar podría sobrevivir a ese anillo y terminar como una estrella aparentemente normal, como sugieren las observaciones de un agujero negro binario. Todos los modelos teóricos que permiten la supervivencia predicen que la estrella de masa solar debería haber terminado en una órbita más estrecha de lo que realmente se observa.

Esto puede indicar lagunas importantes en nuestra comprensión de cómo se forman y evolucionan los agujeros negros en sistemas binarios, así como sugerir la existencia de un grupo aún inexplorado de agujeros negros inactivos en binarios.

“Curiosamente, este sistema no se puede adaptar fácilmente a los modelos estándar de evolución binaria”, concluyó Al-Badri. “Plantea muchas preguntas sobre cómo se formó este sistema binario, así como cuántos agujeros negros al acecho hay”.

“Como parte de una red de observatorios espaciales y terrestres, Gemini North no solo ha proporcionado pruebas sólidas del agujero negro más cercano hasta la fecha, sino que también ha proporcionado el primer sistema original de agujeros negros, dispuesto en el gas caliente habitual que interactúa con un agujero negro. agujero”, dijo Martin Steele, funcionario del Programa Gemini de la Fundación NSF. “Si bien esto presagia potencialmente futuros descubrimientos del cúmulo esperado de agujeros negros inactivos de nuestra galaxia, las observaciones también dejan un misterio por resolver: a pesar de la historia compartida con su vecino alienígena, ¿por qué una estrella compañera en este sistema binario es tan normal?”

Referencia: “Estrella similar al Sol orbitando un agujero negro” por Karim Badri, Hans Walter Rex, Elliot Quatert, Andrew W. Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kazi WK Wong, Antonio C. Rodriguez, Charlie Conroy, Glamour Shahav, Tsvi Mazeh, Frédéric Arino, Kevin B. Berdge, Dolev Bachi, Simchon Weigler, Daniel R. Weisz, Rhys Seiberger, Silvia Almada Münter y Jennifer Wuino, 2 de noviembre de 2023, Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac3140

Las notas de Géminis Norte se realizaron como parte del Programa de Tiempo Estimado del Director (ID del programa: GN-2022B-DD-202).

El Observatorio Internacional Gemini es operado por una asociación de seis países, incluidos los Estados Unidos a través de la Fundación Nacional de Ciencias, Canadá a través del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Chile a través de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo, Brasil a través del Ministerio de Ciencia y Tecnología. e Inovações, Argentina a través del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, y Corea a través del Korea Institute of Astronomy and Space Sciences. Estos participantes y la Universidad de Hawái, que tiene acceso regular a Gemini, mantienen cada uno una “Oficina Nacional de Gemini” para apoyar a los usuarios locales.