Agujero Negro de Cygnus X-1


Tres equipos de astrónomos lograron determinar la masa, la rotación y la distancia a la Tierra de un agujero negro especialmente famoso, Cygnus X-1, y con esos parámetros han reconstruido su historia. El objeto tiene casi 14,8 veces la masa del Sol, gira 800 veces por segundo y está a 6.070 años luz de aquí. Fue identificado como candidato a agujero negro hace casi cuatro décadas, pero entonces el gran especialista Stephen Hawking no estaba convencido y, en 1974, apostó con un colega y amigo, el físico teórico estadounidense Kip Thorne, a que no se trataba de tal objeto. Perdió. En 1990, cuando ya se habían hecho más observaciones de Cygnus X-1, el físico británico aceptó la derrota. Fue una de las varias apuestas que Hawking y Thorne han hecho sobre cuestiones científicas.

Una vez aceptado como tal, el objeto no perdió interés, al contrario. Cygnus X-1 es un agujero negro estelar, es decir, que se ha formado por el colapso de una estrella masiva, y forma un sistema doble con otro astro. Ahora, los tres grupos de astrónomos, que han trabajado con telescopios en tierra y en el espacio, presentan sus conclusiones complementarias en tres artículos publicados en The Astrophysical Journal. “La nueva información nos proporciona pistas sólidas acerca de cómo se formó el agujero negro, su masa y su velocidad de rotación, y es emocionante, porque no se sabe mucho acerca del nacimiento de un agujero negro”, señala Mark Reid, líder de uno de los equipos, en un comunicado del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (EE UU). El horizonte de sucesos (la frontera de no retorno de la materia que cae en un agujero negro) gira en este más de 800 veces por segundo, muy cerca del máximo calculado.

Otro dato importante es la edad: tiene unos seis millones de años, según estudios de la estrella compañera y modelos teóricos. Por tanto, es relativamente joven en términos astronómicos, y no ha tenido mucho tiempo para tragarse suficiente materia de su entorno como para acelerar su rotación, por lo que Cygnus X-1 debió nacer ya girando muy rápido. Además, debió formarse prácticamente con la misma masa que tiene ahora, 14,8 veces la del Sol. “Ahora sabemos que es uno de los agujeros negros estelares más masivos de la galaxia y gira más rápido que cualquier otro que conozcamos”, afirma Jerome Orosz (San Diego State University). El telescopio espacial de rayos X Chandra, de la NASA, ha sido clave en esta investigación.

“Como no puede escapar de un agujero negro más información, su masa, rotación y su carga eléctrica supone la descripción completa”, dice Reid. “Y la carga de este agujero negro es casi cero”.

Un tercer equipo, gracias a los radiotelescopios sincronizados del sistema VLBA, ha logrado precisar la distancia de Cygnus X-1 (dato esencial para determinar la masa y la rotación), así como el desplazamiento del objeto en el espacio. Resulta que el agujero negro se mueve muy despacio respecto a la Vía Láctea, lo que significa que no recibió impulso al formarse. Este dato apoya la hipótesis según la cual este objeto no se formó en una explosión de supernova (cuando una estrella supermasiva ha consumido todo su combustible), que habría dado ese impulso y llevaría mucha más velocidad. Debió ser un colapso estelar, sí, pero sin explosión, lo que dio origen al agujero negro en cuestión. En cuanto a la distancia, antes de estas nuevas medidas que la han fijado en 6.070 años luz, se estimaba entre 5.800 y 7.800 años luz, indican los expertos del National Radio Astronomy Observatory (que opera el VLBA).

Fuente: El País

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El origen cósmico del oro


El Mundo

  • El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

El oro, el platino y otros metales preciosos se crean en la colisión catastrófica de dos estrellas de neutrones como la observada recientemente en ondas gravitacionales y con numerosos telescopios de todo tipo. Así pues, las fuentes de ondas gravitacionales son, figurada y literalmente, unas auténticas minas de oro.

Recreación de la colisión de dos estrellas de neutrones A. SIMONNETNSF/LIGO/SONOMA

Revolución astrofísica

Como puntualmente informó Teresa Guerrero en EL MUNDO , el 16 de octubre pasado se anunció la primera detección inequívoca de la fusión de un par de estrellas de neutrones. La detección original la realizaron los observatorios de ondas gravitacionales LIGO (en Estados Unidos) y VIRGO (en Italia). LIGO ya había detectado la fusión de cuatro pares de agujeros negros y, gracias a ello, los líderes del experimento acaban de recibir este año el Premio Princesa de Asturias y el Nobel de Física.

Pero ésta es la primera vez que se detectaba claramente la fusión de dos estrellas de neutrones. Y lo que es aún más sobresaliente, además de las ondas gravitacionales, se ha detectado radiación electromagnética originada por el mismo fenómeno en todo el espectro: desde las ondas de radio hasta la radiación gamma, pasando naturalmente por el infrarrojo y la luz visible.

El fenómeno, designado GW170817, tuvo lugar el pasado 17 de agosto e, inmediatamente, fue comunicado a todos los observatorios del mundo. Tan solo dos segundos tras la detección gravitacional, un brote de rayos gamma fue detectado con los telescopios espaciales Fermi (NASA) e INTEGRAL (ESA) en una región en torno la galaxia elíptica NGC4993.

En la mayor campaña coordinada de observación de la historia de la astronomía, un gran número de telescopios terrestres y espaciales -entre los que se encontraban casi todos los mayores- apuntaron hacia esa zona del cielo. Se trataba de una búsqueda difícil, pues el área a explorar era unas 150 veces más extensa que la luna llena y se encontraba relativamente próxima al Sol, por lo que sólo era posible observarla en el óptico durante una hora tras el crepúsculo. Pero a pesar de ello, 11 horas después y en un intervalo de tan solo 90 minutos, media docena de telescopios de gran campo habían identificado la aparición de una nueva fuente luminosa en NGC4993 y, a continuación, los telescopios mayores (de menor campo) comenzaron observaciones detalladísimas de ese nuevo punto de luz. Entre ellos el Hubble, el VLT, ALMA, Gemini, el VLA y un largo etcétera.

Desde agosto hasta ahora, miles de astrónomos han estado trabajando en el análisis de las masivas observaciones. La conclusión es que el evento GW170817 se produjo mediante la fusión catastrófica de dos estrellas de neutrones cuya masa conjunta era de 2,8 veces la masa del Sol. Estas observaciones pioneras abren posibilidades completamente nuevas y están llamadas a originar una auténtica revolución astrofísica.

La génesis del oro y de otros elementos

Sabemos que el hidrógeno y el helio se formaron hace 13.800 millones de años, en el mismísimo Big Bang. Las primeras estrellas, constituidas exclusivamente por estos dos elementos, mediante las reacciones de fusión nuclear en sus interiores, fueron formando elementos más pesados como el carbono y el oxígeno. Pero por este proceso tan solo se pueden formar los elementos hasta el hierro. Para formar otros elementos más pesados, como el oro y el platino, se precisa de un ámbito en el que núcleos más ligeros sean bombardeados por neutrones libres. Los astrónomos llevan décadas investigando en qué condiciones astrofísicas puede tener lugar un proceso de este tipo.

Cuando dos estrellas de neutrones colisionan se origina una explosión mil veces más brillante que las de las novas corrientes, de ahí que este tipo de explosiones se hayan designado como kilonovas. Los gases expulsados en una kilonova a altísimas velocidades, de hasta el 30% la velocidad de la luz, poseen neutrones en gran abundancia y, por tanto, parecían lugares muy prometedores para la formación de núcleos más pesados que los del hierro. En los restos de la kilonova, los neutrones van desintegrándose convirtiéndose en protones (radiactividad beta), y estos dos tipos de partículas pueden combinarse entonces para formar núcleos atómicos que sufren el bombardeo del resto de los neutrones, llegando a formar así los elementos más masivos de la tabla periódica.

Las observaciones espectroscópicas realizadas con los mayores telescopios de ESO, como el VLT equipado con el instrumento X-Shooter, han revelado la presencia de oro, platino, plomo y tierras raras en la kilonova que siguió a GW170817. Se confirma así la teoría de que los elementos más pesados que el hierro se gestan en la evolución del material nuclear que es eyectado al espacio tras la fusión de dos estrellas de neutrones. Se conocen 16 estrellas de neutrones binarias en la Vía Láctea y, a partir de este número, se estima que se da una colisión catastrófica de este estilo cada 50.000 años aproximadamente. En cada colisión se crea una masa de oro tan grande como la masa de la Tierra, de donde se deduce que las colisiones entre estrellas de neutrones representan un fenómeno suficiente para crear todo el oro que observamos en el Universo.

Si usted, querido lector, posee un anillo de oro o platino, puede estar orgulloso de poseer un recuerdo de una fabulosa colisión estelar.

(*) Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España