El primer agujero negro jamás descubierto es más masivo de lo que pensábamos

Ilustración de un artista del agujero negro y la estrella Cygnus X-1. Centro Internacional de Investigación de Radioastronomía

Einstein predijo por primera vez la existencia de agujeros negros cuando publicó su teoría de la relatividad general en 1916, describiendo cómo la gravedad da forma a la estructura del espacio-tiempo. Pero los astrónomos no detectaron uno hasta 1964, a unos 6070 años luz de distancia en la constelación de Cygnus. Los contadores Geiger lanzados al espacio detectaron rayos X cósmicos provenientes de una región llamada Cygnus X-1. (Ahora sabemos que los rayos cósmicos son producidos por los agujeros negros. En ese entonces, los científicos no estaban de acuerdo sobre qué era: Stephen Hawking apostó al físico Kip Thorne que esta señal no era de un agujero negro, pero él admitió en 1990).

Ahora, unos 57 años después, los científicos han descubierto que el agujero negro en Cygnus X-1 es mucho más masivo de lo que se creía al principio, lo que nos obliga a repensar una vez más cómo se forman y evolucionan los agujeros negros. Esta vez, las observaciones se tomaron desde la superficie de la Tierra.

Hasta cierto punto, el resultado fue fortuito, dice James Miller-Jones del Centro Internacional para la Investigación de Radioastronomía en la Universidad de Curtin en Australia, el autor principal de el nuevo estudio, publicado en Science . Inicialmente, no nos habíamos propuesto volver a medir la distancia y la masa del agujero negro, pero cuando analizamos nuestros datos, nos dimos cuenta de todo su potencial.

Los agujeros negros son objetos tan masivos que se supone que ni siquiera la luz, y mucho menos la materia física, escapan a su atracción gravitatoria. Sin embargo, a veces uno arroja inexplicablemente chorros de radiación y materia ionizada al espacio. Miller-Jones y su equipo querían investigar cómo se absorbe y expulsa la materia de los agujeros negros, por lo que observaron más de cerca a Cygnus X-1.

Observaron el agujero negro durante seis días utilizando Very Long Baseline Array, una red de 10 radiotelescopios ubicados en América del Norte desde Hawai hasta las Islas Vírgenes. La resolución es comparable a la que se necesitaría para detectar un objeto de 10 centímetros en la Luna, y es la misma técnica que utilizó el Event Horizon Telescope para toma la primera foto de un agujero negro .

Usando una combinación de mediciones que involucran ondas de radio y temperaturas, el equipo modeló las órbitas precisas tanto del agujero negro de Cygnus X-1 como de la estrella supergigante masiva HDE 226868 (los dos objetos se orbitan entre sí). Conocer las órbitas de cada objeto permitió al equipo extrapolar sus masas; en el caso del agujero negro, 21 masas solares, que es aproximadamente un 50% más de lo que se pensaba.

La masa de los agujeros negros depende de algunos factores, particularmente del tamaño de la estrella que colapsó en el agujero negro y la cantidad de masa que se erosiona en forma de viento estelar. Las estrellas más calientes y brillantes tienden a producir vientos estelares más volátiles y también tienden a ser más pesadas. Entonces, cuanto más masiva es una estrella, más propensa es a perder masa a través del viento estelar antes y durante su colapso, lo que da como resultado un agujero negro más ligero.

Pero, en general, los científicos pensaron que los vientos estelares en la Vía Láctea eran lo suficientemente fuertes como para limitar la masa de los agujeros negros a no más de 15 masas solares, independientemente del tamaño original de las estrellas. Los nuevos hallazgos claramente alteran esas estimaciones.

Encontrar un agujero negro que fuera significativamente más masivo que este límite nos dice que tenemos que revisar nuestros modelos de cuánta masa pierden las estrellas más grandes en los vientos estelares durante su vida, dice Miller-Jones. Puede significar que los vientos estelares que se mueven a través de la Vía Láctea son menos poderosos de lo que pensábamos, o que las estrellas pierden masa de otras formas. O podría significar que los agujeros negros se comportan de manera más errática de lo que podemos anticipar.

El equipo planea seguir con más observaciones de Cygnus X-1. Otros instrumentos, como el Square Kilometer Array planificado en Australia y Sudáfrica, podrían proporcionar mejores vistas de este y otros agujeros negros cercanos. Podría haber desde 10 millones hasta un mil millones agujeros negros en la Vía Láctea, y estudiar al menos algunos más podría ayudar a aclarar este misterio.

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