El sistema con agujero negro más cercano en realidad no tenía agujero negro

Un equipo de astrónomos liderado desde el Observatorio Europeo Austral (ESO) informó en mayo de 2020 que en un sistema de dos estrellas habían descubierto un agujero negro, a solo 1.000 años luz de nosotros, por lo que se convertía en el más próximo al Sol jamás detectado. Pero los resultados de su estudio fueron impugnados por varios investigadores, como otro grupo internacional con sede en la universidad KU Leuven (Bélgica).

No hay un agujero negro en el sistema HR 6819, sino que se trata de un sistema de dos estrellas en una etapa rara y de corta duración donde se produce 'vampirismo estelar'.

En un artículo publicado hoy en Astronomy & Astrophysics, estos dos equipos se han unido para comunicar que, de hecho, no hay un agujero negro, sino que se trata de un sistema de dos estrellas en una etapa rara y de corta duración de su evolución.

El estudio original sobre HR 6819 –así se llama el sistema–, recibió mucha atención tanto por parte de la prensa como de la comunidad científica. Su autor principal, Thomas Rivinius, astrónomo de ESO, no se sorprendió por la recepción por parte de la comunidad astronómica ante su descubrimiento del agujero negro: "No solo es normal, sino que debería ser común que los resultados sean revisados, y un resultado que llega a los titulares, aún más".

Rivinius y sus colegas estaban convencidos de que la mejor explicación a los datos que tenían era que HR 6819 era un sistema triple, con una estrella orbitando un agujero negro cada 40 días y una segunda estrella en una órbita mucho más amplia.

Un estudio anterior planteó un sistema triple HR 6819, constituido por un sistema binario interno con una estrella (órbita en azul) y el agujero negro recién descubierto (órbita en rojo), así como de un tercer objeto, otra estrella, en una órbita más amplia (también en azul). El nuevo trabajo descarta esta posibilidad y la existencia del agujero negro. / ESO/L. Calçada

Pero un estudio dirigido por Julia Bodensteiner, entonces estudiante de doctorado en KU Leuven, Bélgica, propuso una explicación diferente para los mismos datos: HR 6819 también podría ser un sistema con solo dos estrellas en una órbita de 40 días y ningún agujero negro en absoluto. Este escenario alternativo requeriría que una de las estrellas fuera ‘despojada’ de una gran parte de su masa, lo que significa que, en un momento anterior, esta masa había sido 'robada' por otra estrella.

"Habíamos llegado al límite de los datos existentes, por lo que tuvimos que recurrir a una estrategia de observación diferente para decidir entre los dos escenarios propuestos por los dos equipos", dice la investigadora de KU Leuven, Abigail Frost, quien dirigió el nuevo estudio.

Unión para resolver el misterio

Para resolver el misterio, los dos equipos trabajaron juntos con el fin de obtener datos nuevos y más nítidos de HR 6819. Para ello utilizaron el Very Large Telescope (VLT) y el Very Large Telescope Interferometer (VLTI) de ESO. "El VLTI fue la única instalación que pudo proporcionarnos los datos decisivos que necesitábamos para distinguir entre las dos explicaciones", declara Dietrich Baade, coautor en los dos estudios.

Como no tenía sentido pedir la misma observación dos veces, los dos equipos unieron fuerzas, lo que les permitió sumar sus recursos y conocimientos para explicar la verdadera naturaleza de este sistema.

"Los escenarios que buscábamos eran bastante claros, muy diferentes y fácilmente distinguibles con el instrumento adecuado", dice Rivinius. "Estábamos de acuerdo en que había dos fuentes de luz en el sistema, por lo que la pregunta era si orbitaban entre sí de cerca, como en el escenario de estrellas despojadas, o estaban muy separadas entre sí, como en el escenario de agujero negro".

Para distinguir entre las dos propuestas, los equipos utilizaron tanto el instrumento GRAVITY del VLTI como el instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE), instalado en el VLT.

"MUSE confirmó que no había un compañero brillante en una órbita más amplia, mientras que la alta resolución espacial de GRAVITY fue capaz de resolver dos fuentes brillantes separadas por solo un tercio de la distancia entre la Tierra y el Sol", afirma Frost, "estos datos demostraron ser la pieza final del rompecabezas y nos permitieron concluir que HR 6819 es un sistema binario sin agujero negro".

Vampirismo estelar

"Nuestra mejor interpretación hasta ahora es que captamos este sistema binario poco después de que una de las estrellas hubiera succionado la atmósfera de su compañera. Se trata de un fenómeno común en los sistemas binarios cercanos, a veces denominado ‘vampirismo estelar’ en la prensa", explica Bodensteiner, ahora miembro de ESO en Alemania y autora del nuevo estudio. "Mientras la estrella donante era despojada de parte de su material, la estrella receptora comenzó a girar más rápidamente".

Los investigadores creen que captaron este sistema binario poco después de que una de las estrellas hubiera succionado la atmósfera de su compañera, un fenómeno común en sistemas binarios cercanos.

"Captar una fase de este tipo, posterior a la interacción, es extremadamente difícil, ya que es muy corta", agrega Frost, "y esto hace que nuestros hallazgos sobre HR 6819 sean muy emocionantes, ya que es un candidato perfecto para estudiar cómo afecta este vampirismo a la evolución de las estrellas masivas y, a su vez, a la formación de los fenómenos asociados, incluidas las ondas gravitacionales y las violentas explosiones de supernovas".

El nuevo equipo recién formado, que aúna a Leuven y a ESO, planea monitorear HR 6819 más de cerca utilizando de nuevo el instrumento GRAVITY. Llevará a cabo un estudio conjunto del sistema a lo largo del tiempo para comprender mejor su evolución, restringir sus propiedades y utilizar ese conocimiento para aprender más sobre otros sistemas binarios.

En cuanto a la búsqueda de agujeros negros, el equipo sigue siendo optimista. Para Rivinius, "los de masa estelar son muy esquivos debido a su naturaleza". "Pero las estimaciones de orden de magnitud –agrega Baabe– sugieren que hay de decenas a cientos de millones de agujeros negros solo en la Vía Láctea". Solo es cuestión de tiempo que la comunidad astronómica los descubra.

Referencia:

A. J. Frost et al. "HR 6819 is a binary system with no black hole: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy". Astronomy & Astrophysics, 2022.