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Se detecta por primera vez a un agujero negro tragándose una estrella de neutrones

El impresionante evento de un agujero negro tragándose a una estrella de neutrones se han convertido en un nuevo y espectacular cataclismo estelar detectado por primera vez. Los astrofísicos han observado decenas de fusiones de pares de agujeros negros y varias fusiones de pares de estrellas de neutrones. Pero un choque entre un agujero negro y una estrella de neutrones no se había detectado hasta la fecha. Ahora, los investigadores han observado las ondas gravitacionales causadas por tal colosal colisión.

Las dos nuevas detecciones se produjeron en enero de 2020, con tan solo 10 días de diferencia, las colisiones se conocen como GW200105 y GW200115 por las fechas en las que se observaron. Una fue detectada por los dos detectores gemelos del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) y el detector Virgo similar de Europa, el otro solo por uno de los detectores LIGO y Virgo.

GW200115 fue muy bien detectada y observada por las tres instalaciones. Los científicos creen se produjo por un agujero negro de casi seis veces la masa de nuestro sol devorando una estrella de neutrones con una masa la mitad de la de nuestro sol, y que la fusión tuvo lugar entre 650 millones y 1,5 mil millones de años luz de distancia.

GW200105 no se detectó de manera tan clara, pero los científicos sospechan que fue una fusión entre un agujero negro de aproximadamente nueve veces la masa del sol y una estrella de neutrones aproximadamente dos veces más masiva que el sol a unos 550 millones y 1.300 millones de años luz de distancia.

Agujero negro y estrella de neutrones

Los científicos aún no están seguros de si estas fusiones mixtas crean una señal de luz visible (como parecen hacer los pares de estrellas de neutrones que se fusionan ) o no (como en el caso de las fusiones binarias de agujeros negros). Los astrónomos no pudieron igualar ninguna de estas nuevas detecciones de ondas gravitacionales con observaciones de ondas de luz, pero eso no significa necesariamente que no haya tal destello correspondiente. 

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las Ondas gravitacionales fueron predichas por el físico Albert Einstein en 1916, como consecuencia de su teoría de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio – tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado, son acontecimientos muy violentos en el universo distante, por ejemplo, por la colisión de dos agujeros negros o por explosiones de supernovas .

ondulaciones espacio tiempo
Ondulaciones del espacio tiempo

Ondulaciones en el espacio-tiempo generadas por las estrellas de órbitas muy rápidas (estrellas de neutrones, enanas blancas o agujeros negros). ver animación

En la teoría de Einstein de la relatividad general,la gravedad es tratada como un fenómeno resultante de la curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura es causada por la presencia de masa. Generalmente, cuanto más masa esté contenida dentro de un volumen determinado del espacio, mayor es la curvatura del espacio-tiempo en el límite de este volumen.  Como objetos con masa se mueven en el espacio-tiempo, la curvatura cambia para reflejar las distintas ubicaciones de esos objetos. En ciertas ocasiones, los objetos muy acelerados generan cambios en esta curvatura, que se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz en una forma de onda. Estos fenómenos de propagación son conocidos como ondas gravitacionales.

Estas ondulaciones en el tejido espacio-temporal puede  llevar información acerca de sus violentos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida por otras herramientas astronómicas. La influencia de las emisiones de ondas gravitacionales en los sistemas de púlsar binario (dos estrellas de neutrones orbitando entre sí) se han medido con precisión y está en excelente acuerdo con las predicciones:

ondas gravitacionles

En 1993, los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Premio Nobel por este trabajo (realizado en los años 70 y 80).
Por fin un proyecto científico las ha detectado, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que han sido premio novel.

Fue el Premio Nobel de Física 2017 que fue otorgado para los físicos: Raider Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, por la primera observación experimental directa de las ondas gravitacionales. Fue el 14 de septiembre de 2015 cuando se observaron estas ondas tan especiales, de las cuales Albert Einstein ya había predicho su existencia 100 años antes. Los tres investigadores fueron los artífices de la cooperación internacional que permitió la implementación de los instrumentos Ligo y Virgo.

Las ondas gravitatorias tienen propiedades muy importantes y únicas. Una de las más importantes es que las ondas gravitatorias pueden pasar a través de cualquier medio sin ser dispersada de manera significativa. Mientras que, por ejemplo, la luz de las estrellas distantes pueden ser bloqueados por el polvo interestelar las ondas gravitacionales pasarán sin impedimentos.Estas características permiten a las ondas gravitacionales llevar información sobre fenómenos astronómicos nunca antes observadas por los seres humanos. Por lo tanto se nos abre un camino increíble en el estudio del Cosmos.

Para saber más:

Artículo del descubrimiento: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac082e#apjlac082es6

Recomendación:

Nuestro primer libro de astronomía: «Curiosidades Astronómicas» en el que entre muchos temas hablamos también de las ondas gravitacionales.

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Los telescopios más poderosos del mundo se unen para dar las mejores imágenes del agujero negro más famoso de la historia

En el año 2019 el Event Horizon Telescope (EHT) obtuvo la primera e histórica imagen directa de un agujero negro supermasivo, concretamente el que hay el centro de la galaxia M87. Este agujero negro supermasivo pesa 6.500 millones de veces la masa del Sol y está ubicado en el centro de M87, a unos 55 millones de años luz de la Tierra. El agujero negro supermasivo está impulsando chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz. Estos chorros producen luz que abarca todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta luz visible y rayos gamma.

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En una búsqueda por aprender aún más sobre este mediático agujero negro se han obtenido y recopilado observaciones de 19 de los telescopios más poderosos del mundo que han recolectado luz de todo el espectro, creando el siguiente impresionante vídeo:

Crédito de la imagen: Grupo de trabajo científico de longitud de onda múltiple de EHT; la Colaboración EHT; ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); el EVN; la Colaboración EAVN; VLBA (NRAO); el GMVA; el telescopio espacial Hubble; el Observatorio Swift de Neil Gehrels; el Observatorio de rayos X Chandra; la matriz de telescopios espectroscópicos nucleares; la Colaboración Fermi-LAT; la colaboración H.E.S.S; la colaboración MAGIC; la colaboración VERITAS; NASA y ESA.


Los detalles más pequeños que pueden ver EHT, Chandra y Fermi son 0,0067, 130 y 330 000 años luz, respectivamente. Solo el EHT puede detectar la sombra del agujero negro y, en el otro extremo, Fermi no puede determinar si la emisión de rayos gamma que detecta proviene de regiones cercanas al agujero negro o del chorro.

Los telescopios de la NASA involucrados en esta campaña de observación incluyeron el Observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio Swift Neil Gehrels, el Arreglo del Telescopio Espectroscópico Nuclear (NuSTAR) y el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma.

Comenzando con la imagen icónica del EHT de M87, el vídeo nos lleva a un viaje a través de los datos de cada telescopio. El vídeo muestra datos en muchos factores de diez en escala, tanto de longitudes de onda de luz como de tamaño físico. La secuencia comienza con la imagen EHT del agujero negro en M87 publicada en abril de 2019 (los datos se obtuvieron en abril de 2017). Luego se mueve a través de imágenes de otros conjuntos de radiotelescopios de todo el mundo, moviéndose hacia afuera en el campo de visión durante cada paso. (La escala para el ancho de los cuadrados se da en años luz en la esquina inferior derecha).

A continuación, la vista cambia a telescopios que detectan luz visible (Hubble y Swift), luz ultravioleta (Swift) y rayos X (Chandra y NuSTAR). La pantalla se divide para mostrar cómo estas imágenes, que cubren la misma cantidad de cielo al mismo tiempo, se comparan entre sí. La secuencia termina mostrando lo que los telescopios de rayos gamma en el suelo y Fermi en el espacio detectan desde este agujero negro y su chorro.

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Primer histórica determinación del campo magnético de un agujero negro

Nuevo gran descubrimiento del EHT (Event Horizon Telescope), se ha podido determinar el campo magnético del horizonte del agujero negro supermasivo que hay en el centro de la galaxia M87. Ya obtuvo ese mismo grupo la primera imagen de un agujero negro y ahora han determinado su campo magnético, estudiando esas líneas del campo se podrá avanzar en cómo lanza materia y radiación un agujero negro.

Esta imagen muestra la vista polarizada del agujero negro en M87. 
Las líneas marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. Créditos: Colaboración EHT

En 2019 este mismo grupo de astrofísicos de todo el mundo ya obtuvo la primera imagen de este mismo agujero negro. Fue el proyecto mundial Event Horizon Telescope, en el que mediante muchos radiotelescopios del mundo se pudo conseguir mediante interferometria crear entre todos ellos un radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad sin precedentes. Para que entendáis la enorme sensibilidad de este radiotelescopio virtual, sí estuviera en París podríamos leer un periódico de alguien que lo tenga en Nueva York.

En este proyecto colaboran más de 200 científicos de todo el mundo. La imagen que se obtuvo corresponde al horizonte de sucesos, una zona limite del agujero negro donde se ilumina la materia antes de ser engullida por el agujero negro. Esta es la histórica imagen:

Primera imagen de un agujero negro,en 2019 se puede ver el horizonte de sucesos iluminado. Se encuentra en el centro de la galaxia M87 a 55 millones de años luz de nosotros, es 6500 millones de veces más masivo que el Sol, nuestra estrella: Proyecto Event Horizon Telescope

Gracias a esta imagen se pudo comprobar la teoría de la relatividad de Einstein que ya preveía como sería una agujero negro, estudiando los enormes e históricos resultados se podrá saber mucho más sobre estos exóticos e increíbles objetos, como ha sido ahora en 2021 la determinación del campo magnético de un agujero negro.

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Para saber más:

Event Horizon Telescope

¿Qué es un agujero negro?

El agujero negro de la Vía Láctea la iluminó hace 3.5 millones de años

Analizando estudios del Telescopio Espacial Hubble se ha descubierto que hace unos 3.5 millones de años hubo un intenso destello del agujero negro del centro de la Vía Láctea que iluminó el gas de parte de la galaxia.

Ese enorme destello hizo, tal vez, que nuestros ancestros homínidos vieran una luz fantasmal en el cielo. Esa luz podría haber persistido durante un millón de años. Créditos: NASA, ESA y E. Frazer y A. Fox (STScI)
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⁠Se calcula que este enorme flash iluminó una enorme cola de gas que orbita la Vía Láctea. Llamado la Corriente de Magallanes, esta larga corriente se encuentra lejos de nuestra galaxia, a una distancia de unos 200.000 años luz. Como una gigantesca estela se extiende hasta nuestras galaxias enanas vecinas, las Nubes de Magallanes.

Créditos: NASA / ESA and L. Hustak (STScI)⁠

Ese brillo que tal vez persistió un millón de años estuvo tan alejado de nuestra galaxia que superó las zonas donde están las burbujas de Fermi. Estas enormes burbujas son dos grandes estructuras de rayos gamma que se extienden a ambos lados del centro galáctico de la Vía Láctea, se cree que son debidas a una enorme expulsión de gases emitidos desde el agujero negro que tenemos en el centro de la galaxia, las burbujas se formaron a partir de un evento muy energético  hace entre 6 y 9 millones de años.

burbuja vía lácteaEl diagrama de la parte inferior izquierda muestra la medición del gas que se mueve hacia y fuera de la Tierra, (azul acercamiento y rojo alejamiento) lo que indica que el material se desplaza a una velocidad alta hacia nosotros.

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Para saber más:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/intense-flash-from-milky-ways-black-hole-illuminated-gas-far-outside-of-our-galaxy/

Descubierto un agujero negro cercano a la Tierra

Astrónomos del Observatorio Europeo Austral (ESO) y otros grupos de investigación ha descubierto el agujero negro más cercano a la Tierra.

Se encuentra situado a «solo» 1.000 años luz de nosotros en la constelación del Telescopio, tiene una masa cuatro veces mayor que la de nuestra estrella y unos 25 o 30 kilómetros de diámetro. Está acompañado de dos estrellas que se pueden ver a simple vista desde el hemisferio sur de la Tierra. Es por tanto un espectacular sistema triple. Se le denomina HR 6819.

Créditos: ESO / L. Calçada

En un principio se estaba estudiando el sistema doble de estrellas, pero al analizar sus observaciones, quedaron muy sorprendidos al descubrir un tercer cuerpo desconocido en HR 6819: un agujero negro.

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Las observaciones con el espectrógrafo FEROS, instalado en el Telescopio MPG/ESO de 2,2 metros, en La Silla, mostraron que una de las dos estrellas orbita alrededor de un objeto invisible cada 40 días, mientras que la segunda estrella está a una gran distancia de este par interior. Ese objeto invisible es un agujero negro de masas estelar.

Se han descubierto estos últimos años una decena de agujeros negros cercanos, de echo se cree que hay millones en la galaxia. Uno de estos objetos que en su momento fue muy importante fue el descubierto el 15 de junio de 2015. Lo hizo el observatorio espacial Swift de la NASA dedicado a al estudio de las explosiones de rayos gamma, captó la aparición de un estallido de rayos X de un agujero negro de masa estelar en el sistema binario V404 Cygni.

V404 Cygni, es un sistema binario ubicado a unos 8.000 años luz de distancia de nosotros y que contiene un agujero negro. El agujero negro ha disparó un tremendo estallido de alta energía, convirtiéndose en una nova de rayos x. Hasta esta detección, había estado dormido desde 1989.En este sistema, una corriente de gas de una estrella fluye hacia el agujero negro que tiene una masa de 10 masas solares. Todo ese gas se acumula en un disco de acreción alrededor del agujero negro y debido a esto el agujero negro emite alta energía que podemos detectar desde la Tierra.

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