Un agujero negro "imposible", o la naturaleza iterativa de la ciencia

Por Manuel Pichardo Marcano


Representación artística de un agujero negro en un sistema binario 
con una estrella de secuencia principal como nuestro Sol. 
Crédito de Imagen: YU Jingchuan, Beijing Planetarium, 2019

El sistema binario LB-1 se reportó por primera vez a finales del año pasado en la prestigiosa revista científica Nature. Fue reportado como un nuevo silencioso e "imposible" agujero negro con 70 veces la masa del Sol. Silencioso, o más bien que no interactúa, ya que a diferencia de la mayoría de los agujeros negros que conocemos, LB-1 no se detectó a partir de los rayos X que resultan de la acumulación de materia de una estrella donante compañera. En cambio, LB-1 se detectó al observar el cambio en las líneas espectrales de la estrella compañera en órbita a medida que esta se acerca y se aleja de nosotros en su órbita alrededor del agujero negro.  En este caso, los autores argumentaron que la estrella compañera era mucho más brillante y más pesada que nuestro Sol. Una estrella con 8 veces la masa del Sol en una órbita de 80 días con un agujero negro de 70 masas solares.

La publicación captó de inmediato el interés de la comunidad científica, ya que parecía "imposible" y, como lo expresaron los autores en el artículo original, "sería extremadamente difícil de explicar con las teorías actuales de la evolución estelar". El descubrimiento fue reportado incluso en los principales medios de comunicación, apareciendo en las principales plataformas de noticias como CNN y la BBC en español. Así que es posible que recuerde la emoción original sobre el descubrimiento de LB-1, pero lo que quizás no sepa es que ésto fue sólo el comienzo de la historia de LB-1.

La Refutación

Afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias. Un agujero negro de 70 masas solares podría no parecer mucho. De hecho, conocemos muchos agujeros negros mucho más masivos. Por ejemplo, el que se encuentra en el centro de la mayoría de las galaxias como la nuestra, o la famosa galaxia M87 que también apareció recientemente en las noticias como el primer agujero negro que pudimos "ver". El problema con LB-1 no es su masa, sino cómo formarlo.

Los modelos evolutivos actuales pueden explicar los agujeros negros muy masivos, con miles y millones masas solares, y los agujeros negros menos masivos, de aproximadamente menos de 30 masas solares. Los agujeros negros menos masivos o estelares se forman a partir de los restos de una estrella moribunda cuando fusiona todo su hidrógeno. Los detalles de las etapas finales de la vida de una estrella dependen de su masa inicial y de dónde nace la estrella, es decir, de su composición.

Una estrella en nuestro vecindario solar con una composición cercana a la del Sol y lo suficientemente masiva como para formar un agujero negro de 70 masas solares debería destruirse en una poderosa explosión de supernova y perder gran parte de su masa debido a fuertes vientos estelares. Esto envió a científicos de todo el mundo a trabajar y en un mes al menos 3 publicaciones científicas de 3 continentes diferentes desafiaron esta afirmación extraordinaria. A partir de modelos binarios de evolución estelar un grupo reveló una serie de buenas alternativas para explicar el sistema LB-1. Los datos serían consistentes con un agujero negro más moderado de unas 8 masas solares. Otros dos grupos, uno con sede en los EE. UU. y otro en Bélgica, encontraron otra interpretación de los datos. Ambos grupos sugirieron que LB-1 alberga no un agujero negro de 70 masas solares, sino un agujero negro de menos de 20 masas solares.

Pero incluso si LB-1 no era el agujero negro de 70 masas solares "imposible", todavía era una gema bastante rara. De ser cierto, la binaria LB-1 tendría un agujero negro que no interactúa con su compañera.  Este tipo de binarias constituyen una fracción significativa de los millones de agujeros negros estelares en nuestra galaxia; pero estos sistemas han sido increíblemente difíciles de encontrar.

LB-1 y el agujero negro más cercano a la Tierra descubierto recientemente serían los dos mejores ejemplos de este tipo de objetos únicos. Eso, por supuesto, hasta este abril, donde una vez más LB-1 fue objeto de cierta controversia.

Lista de los agujeros negros conocidos y sus respectivas masas en unidades de masas solares. Los agujeros negros de color purpura se han detectados por sus señales electromagnéticas, y los de color azul han sido detectados con el observatorio de ondas gravitacionales LIGO.

Un sistema binario de un tipo diferente


Un grupo con sede en Bélgica tomó más datos de este sistema desconcertante y el análisis mostró una historia muy diferente para LB-1. Tomaron 26 nuevas observaciones espectroscópicas con instrumentos en los Observatorios Europeos del Sur en Chile y del Observatorio del Roque de Los Muchachos en España. Su análisis orbital y espectral de LB-1 mostraron que LB-1 no contiene ningún agujero negro y es de hecho un sistema binario de estrellas muy similar a nuestro Sol. El sistema parece contener dos estrellas de secuencia principal, una con 1.5 veces la masa del Sol y la otra estrella de rotación muy rápida con 7 veces la masa del Sol.

En conclusión, LB-1 sigue siendo un sistema binario interesante que vale la pena estudiar, pero no el agujero negro "imposible" que alguna vez se pensó. El tumultuoso caso de la naturaleza de LB-1 muestra cómo la ciencia es un proceso colaborativo, internacional e iterativo. A medida que se realizan nuevas observaciones y nuevos análisis, los modelos se perfeccionan y se mejoran. El caso de LB-1 podría ser un ejemplo extremo de cómo la comprensión de un sistema dado mejora y cambia con el tiempo, pero ésto es cierto para la ciencia en su conjunto. Así que estén atentos porque esta podría no ser la última vez que escuchamos de LB-1 o de algunos de los sistemas más intrigantes del universo.


Representación artística de una estrella Be. Las estrellas Be son estrellas como nuestro sol pero más masivas y de mucha más rápida rotación. La rápida rotación hace que estas se rodeen de un disco de materia expelida del ecuador de la estrella. El sistema LB-1 seria un sistema binario conteniendo una de estas impresionaste estrellas de rápida rotación y su respectivo disco de materia expulsada. (Crédito de Imagen: Walt Feimer, NASA/Goddard Space Flight Center)




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