Físicos descubren el primer "triple agujero negro"

Un descubrimiento sorprendente está ampliando el panorama de los agujeros negros, los objetos que pueden albergar y el modo en que se forman. En un estudio publicado en Nature, físicos del MIT y Caltech (ambos en Estados Unidos) informan que han observado por primera vez un "triple agujero negro".

El nuevo sistema contiene un agujero negro central que está consumiendo una pequeña estrella que gira en espiral muy cerca del agujero negro, cada 6,5 días, una configuración similar a la de la mayoría de los sistemas binarios. Pero, sorprendentemente, una segunda estrella también parece estar girando alrededor del agujero negro, aunque a una distancia mucho mayor. Los físicos estiman que este lejano compañero orbita el agujero negro cada 70.000 años.

Los coautores del estudio en el MIT son Erin Kara, Claude Canizares, Deepto Chakrabarty, Anna Frebel, Sarah Millholland, Saul Rappaport, Rob Simcoe y Andrew Vanderburg, junto con Kareem El-Badry en Caltech.

El hecho de que el agujero negro parezca tener una atracción gravitatoria sobre un objeto tan lejano plantea interrogantes sobre su origen. Se cree que los agujeros negros se forman a partir de la explosión violenta de una estrella moribunda, un proceso conocido como supernova, por el cual una estrella libera una enorme cantidad de energía y luz en un estallido final antes de colapsar y convertirse en un agujero negro invisible.

Sin embargo, el descubrimiento del equipo sugiere que si el agujero negro recién observado es el resultado de una supernova típica, la energía que habría liberado antes de colapsar habría expulsado cualquier objeto débilmente unido en sus alrededores. La segunda estrella, la más exterior, no debería seguir dando vueltas.

En cambio, el equipo sospecha que el agujero negro se formó a través de un proceso más suave de "colapso directo", en el que una estrella simplemente se derrumba sobre sí misma, formando un agujero negro sin un último destello dramático. Un origen tan suave difícilmente perturbaría ningún objeto lejano y poco unido.

Como el nuevo sistema triple incluye una estrella muy lejana, esto sugiere que el agujero negro del sistema nació a través de un colapso más suave y directo. Y aunque los astrónomos han observado supernovas más violentas durante siglos, el equipo dice que el nuevo sistema triple podría ser la primera evidencia de un agujero negro que se formó a partir de este proceso más suave.

"Creemos que la mayoría de los agujeros negros se forman a partir de explosiones violentas de estrellas, pero este descubrimiento ayuda a ponerlo en duda", afirma el autor del estudio Kevin Burdge, becario Pappalardo en el Departamento de Física del MIT. "Este sistema es súper emocionante para la evolución de los agujeros negros, y también plantea preguntas sobre si hay más tripletes por ahí".

El descubrimiento del triple agujero negro se produjo casi por casualidad. Los físicos lo encontraron mientras consultaban Aladin Lite, un repositorio de observaciones astronómicas, recopiladas desde telescopios en el espacio y en todo el mundo. Los astrónomos pueden utilizar la herramienta en línea para buscar imágenes de la misma parte del cielo, tomadas por diferentes telescopios que están sintonizados con distintas longitudes de onda de energía y luz.

Para analizar el descubrimiento en profundidad, los investigadores recurrieron a Gaia, un satélite que ha seguido con precisión los movimientos de todas las estrellas de la galaxia desde 2014. El equipo analizó los movimientos de las estrellas interiores y exteriores a lo largo de los últimos 10 años de datos de Gaia y descubrió que las estrellas se movían exactamente en tándem, en comparación con otras estrellas vecinas.

Calcularon que las probabilidades de este tipo de movimiento en tándem son de aproximadamente una entre 10 millones. "Es casi seguro que no se trata de una coincidencia ni de un accidente", advierte Burdge. "Estamos viendo dos estrellas que se suceden porque están unidas por una débil cuerda de gravedad. Por lo tanto, tiene que tratarse de un sistema triple".

¿Cómo pudo formarse entonces el sistema? Si el agujero negro surgió de una supernova típica, la violenta explosión habría expulsado a la estrella exterior hace mucho tiempo. "Imagínese que está tirando de una cometa y, en lugar de una cuerda fuerte, está tirando de una telaraña", plantea Burdge.

"Si tira demasiado fuerte, la tela se romperá y perderá la cometa. La gravedad es como una cuerda apenas atada que es realmente débil y, si hace algo drástico con el binario interior, perderá la estrella exterior".

Sin embargo, para probar realmente esta idea, Burdge realizó simulaciones para ver cómo un sistema triple de este tipo podría haber evolucionado y conservado la estrella exterior. Al comienzo de cada simulación, introdujo tres estrellas (la tercera era el agujero negro, antes de convertirse en un agujero negro). Luego realizó decenas de miles de simulaciones, cada una con un escenario ligeramente diferente de cómo la tercera estrella podría haberse convertido en un agujero negro, y posteriormente afectó los movimientos de las otras dos estrellas. Por ejemplo, simuló una supernova, variando la cantidad y la dirección de la energía que emitía.

También simuló escenarios de colapso directo, en los que la tercera estrella simplemente se derrumbó sobre sí misma para formar un agujero negro, sin emitir ninguna energía."La gran mayoría de las simulaciones muestran que la forma más fácil de lograr este triple trabajo es mediante el colapso directo", declara Burdge.

Además de proporcionar pistas sobre el origen del agujero negro, la estrella exterior también ha revelado la edad del sistema. Los físicos observaron que la estrella exterior se encuentra en proceso de convertirse en una gigante roja, una fase que ocurre al final de la vida de una estrella. Basándose en esta transición estelar, el equipo determinó que la estrella exterior tiene unos 4.000 millones de años. Dado que las estrellas vecinas nacen aproximadamente al mismo tiempo, el equipo concluye que el triplete de agujeros negros también tiene 4.000 millones de años.

"Nunca antes habíamos podido hacer esto con un agujero negro antiguo", finaliza Burdge. "Ahora sabemos que V404 Cygni es parte de un triplete, que podría haberse formado a partir de un colapso directo y que se formó hace unos 4.000 millones de años, gracias a este descubrimiento".