El primer agujero negro encontrado es más masivo de lo que se pensaba

El primer agujero negro descubierto todavía tiene algunas sorpresas guardadas.

Nuevas observaciones del par de estrellas y agujero negro llamado Cygnus X-1 indican que el agujero negro pesa unas 21 veces más que el sol, casi 1,5 veces más pesado que las estimaciones anteriores. La masa actualizada hace que los astrónomos reconsideren cómo evolucionan algunas estrellas que forman agujeros negros. Para que un agujero negro del tamaño de una estrella, o estelar, tan masivo exista en la Vía Láctea, su estrella madre debe haber arrojado menos masa a través de los vientos estelares de lo esperado, informan los investigadores en línea el 18 de febrero en Ciencias.

Saber cuánta masa pierden las estrellas a través de los vientos estelares durante su vida es importante para comprender cómo estas estrellas enriquecen su entorno con elementos pesados. También es clave para comprender las masas y composiciones de esas estrellas cuando explotan y dejan agujeros negros.

La medición de masa actualizada de Cygnus X-1 es “un gran cambio a un viejo favorito”, dice Tana Joseph, un astrónomo de la Universidad de Amsterdam que no participa en el trabajo. Stephen Hawking apostó al físico Kip Thorne a que el sistema Cygnus X-1, descubierto en 1964, no incluía un agujero negro, y aceptó la apuesta en 1990, cuando los científicos habían aceptado ampliamente que Cygnus X-1 contenía el primer agujero negro conocido en el universo (SN: 10/4/19).

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Los astrónomos obtuvieron una nueva mirada a Cygnus X-1 usando el Very Long Baseline Array, o VLBA. Esta red de 10 antenas parabólicas se extiende a lo largo de los Estados Unidos, desde Hawai hasta las Islas Vírgenes, formando colectivamente una antena parabólica del tamaño de un continente. En 2016, el VLBA rastreó chorros de material con brillo de radio que salían del agujero negro de Cygnus X-1 durante seis días (el tiempo que tardó el agujero negro y su estrella compañera en orbitar entre sí una vez). Esas observaciones ofrecieron una visión clara de cómo la posición del agujero negro en el espacio cambió a lo largo de su órbita. Eso, a su vez, ayudó a los investigadores a refinar la distancia estimada a Cygnus X-1.

Las nuevas observaciones sugieren que Cygnus X-1 está a unos 7.200 años luz de la Tierra, en lugar de la estimación anterior de unos 6.000 años luz. Esto implica que la estrella de Cygnus X-1 es incluso más brillante y, por lo tanto, más grande de lo que pensaban los astrónomos. La estrella pesa alrededor de 40,6 soles, estiman los investigadores. El agujero negro también debe ser más masivo para explicar su tirón gravitacional en una estrella tan masiva. El agujero negro pesa alrededor de 21,2 soles, mucho más pesado que sus 14,8 masas solares estimadas previamente, dicen los científicos.

La nueva medición de masa del agujero negro de Cygnus X-1 es tan grande que desafía la comprensión de los astrónomos sobre las estrellas masivas que colapsan para formar agujeros negros, dice el coautor del estudio Ilya Mandel, astrofísico de la Universidad Monash en Melbourne, Australia.

“A veces, las estrellas nacen con masas bastante altas; hay observaciones de estrellas que nacen con masas de más de 100 masas solares”, dice Mandel. Pero se cree que estrellas tan enormes pierden gran parte de su peso a través de los vientos estelares antes de convertirse en agujeros negros. Cuanto más grande es la estrella y más elementos pesados ​​contiene, más fuertes son sus vientos estelares. Por lo tanto, en las galaxias ricas en elementos pesados, como la Vía Láctea, se supone que las estrellas grandes, sin importar su masa inicial, se reduzcan a unas 15 masas solares antes de colapsar en agujeros negros.

El agujero negro de 21 masas solares de Cygnus X-1 socava esa idea.

Los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo han descubierto agujeros negros que pesan decenas de masas solares en otras galaxias (SN: 21/1/21). Pero eso probablemente se deba a que LIGO observa galaxias distantes que existían antes en el universo, dice Joseph. En ese entonces, existían menos elementos pesados, por lo que los vientos estelares eran más débiles. Con la nueva medición Cygnus X-1, “ahora tenemos que decir, espera, estamos en un [heavy element]–Un ambiente rico en comparación con el universo temprano … pero aún así logramos hacer este agujero negro realmente masivo ”, dice,“ así que tal vez no estemos perdiendo tanta masa a través de los vientos estelares como pensamos inicialmente ”.