El hallazgo, que se concretó gracias a décadas de datos astronómicos y al telescopio espacial James Webb, desafía las teorías existentes sobre la formación de estrellas cerca de los agujeros negros. El equipo sugiere que IRS13 tuvo una formación turbulenta, lo que puede haber provocado la presencia inesperada de estrellas jóvenes en sus proximidades. Las estrellas cercanas a IRS13, de apenas unos 100.000 años, son extraordinariamente más jóvenes que el Sol, que tiene unos 5.000 millones de años. Sin embargo, no debería ser posible que un número tan grande de estrellas jóvenes se encuentren en las inmediaciones del agujero negro supermasivo, pues la radiación de alta energía y las fuerzas de marea de la galaxia lo impedirían.

Los investigadores dirigidos por el Dr. Florian Peissker descubrieron que IRS13 tiene una historia de formación turbulenta. Sugieren que IRS13 migró hacia SgrA* mediante fricción con el medio interestelar, colisiones con otros cúmulos estelares o procesos internos y entonces fue “capturado” por la gravedad del agujero negro. Los científicos consideran que es posible que durante el proceso de migración del cúmulo se haya formado un arco de choque en su parte superior, a partir del polvo que lo rodea, tal y como ocurre con la proa de un barco en el agua. De esta forma, señalan que el consiguiente aumento de la densidad del polvo en su entorno estimuló una mayor formación de estrellas. Esta es una explicación que estaría en concordancia con la ubicación preferencial de las estrellas jóvenes en la parte superior o frontal del cúmulo.

“El análisis de IRS13 y la interpretación que lo acompaña es el primer intento de desentrañar un misterio de una década sobre las estrellas inesperadamente jóvenes en el centro galáctico”, subraya el Dr. Peissker. “Además de IRS13, hay un cúmulo de estrellas, el llamado ‘cúmulo S’, que está aún más cerca del agujero negro y también está formado por estrellas jóvenes. También son mucho más jóvenes de lo que sería posible según las teorías aceptadas”, agregó. “El cúmulo estelar IRS13 parece ser la clave para desentrañar el origen de la densa población estelar en el centro de nuestra galaxia”, explicó el Dr. Michal Zajacek, de la Universidad Masaryk (República Checa) y segundo autor del estudio. “Esta es también la primera vez que hemos podido identificar poblaciones de estrellas de diferentes edades: estrellas de secuencia principal caliente y estrellas jóvenes emergentes, en el cúmulo tan cerca del centro de la Vía Láctea”, añadió. El estudio se publicó la semana pasada en The Astrophysical Journal.

El texto indica que, a principios del siglo XIX, durante un período de un año el Sgr A* engulló todos los objetos cósmicos que se acercaron demasiado a él antes de entrar una vez más en un estado de inactividad, detallando que en la Tierra no se sintió ningún efecto debido a la enorme distancia respecto a nuestro planeta. Sin embargo, recientemente los investigadores han podido detectar el eco de rayos X que se emitió hace unos 200 años, lo que revela que la intensidad original era al menos un millón de veces mayor que la emitida actualmente.

Según un comunicado publicado por el CNRS, ese aumento en la intensidad de la emisión de rayos X cuando el agujero negro salió de su estado de reposo “es como si una sola luciérnaga escondida en un bosque de repente se volviera tan brillante como el Sol”. Gracias al satélite IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) de la NASA, los expertos pudieron detectar con gran precisión la polarización de esta luz de rayos X y también determinar su fuente, algo que antes había resultado imposible.

El hallazgo explica por qué las nubles moleculares galácticas cerca del mencionado agujero negro supermasivo brillan más intensamente de lo habitual, porque reflejan los rayos X emitidos por Sagitario A* hace dos siglos. Los científicos continúan su trabajo sobre el Sgr A* —que es cuatro millones de veces más masivo que el Sol y está prácticamente extinto— para tratar de determinar los mecanismos físicos necesarios para que un agujero negro cambie de un estado inactivo a uno activo.

Científicos ya observaron estrellas que orbitan alrededor del objeto “invisible, compacto y muy masivo”, conocido como Sagitario A*, en el centro de nuestra galaxia. La foto publicada esta jornada ayudó a comprobar que se trata de un agujero negro. En la foto no se puede ver el propio agujero negro debido a su completa oscuridad. Sin embargo, el gas brillante a su alrededor pone al descubierto la parte central oscura (llamada sombra) que está rodeada por una estructura en forma de anillo.

📢 Breaking news: Meet the Black Hole at the Centre of our Galaxy! Astronomers have unveiled the 1st image of the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. The image was produced by a global research team @ehtelescope 📷EHT Collaboration pic.twitter.com/xcB3qt4La4

— ESO (@ESO) May 12, 2022

“La nueva vista capta la luz doblada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol”, explicó el EHT.

Dicho agujero negro se encuentra a unos 27.000 años luz de la Tierra, por lo que su tamaño en el cielo equivale a el de “un donut en la Luna”. Para obtener la imagen, los investigadores tuvieron que unir ocho observatorios de radio existentes en el mundo para formar así un único telescopio virtual. El equipo científico observó Sagitario A* a lo largo de múltiples noches, recogiendo datos durante muchas horas seguidas. El EHT comparó este proceso con el uso de una velocidad de obturación larga en una cámara.

En 2011, con la ayuda de los datos infrarrojos medidos por el Very Large Telescope (VLT), se descubrió un objeto que prometía desentrañar un proceso extraordinario en el centro de la galaxia. Mediante varios análisis, los investigadores establecieron que se trataba de una nube de gas y polvo, que fue etiquetada como G2. Se esperaba que su posterior encuentro cercano provocara que G2 fuera desgarrado y absorbido por Sgr A*. Sin embargo, el objeto se estiró y alargó a medida que se acercaba al agujero negro y luego volvió a adoptar una forma más compacta, algo inesperado para los investigadores.

Además, hubo otros aspectos que llamaron la atención de los astrónomos. Los estudios revelaron que la temperatura de G2 es muy caliente, mucho más de lo que debería ser una nube de polvo. Aunque era posible que Sgr A*, u otras estrellas, hubieran calentado al objeto, este se mantuvo a la misma temperatura sin importar dónde estuviera. Esto sugería que lo que estaba calentando a G2 provenía del interior de la propia nube. En el nuevo estudio, un equipo de investigadores dirigido por el astrofísico Florian Peissker, de la Universidad de Colonia (Alemania) ha dado una explicación a este fenómeno tras realizar una revisión detallada de 14 años de observaciones del VLT. Según su análisis, G2 debería ocultar tres estrellas, con una antigüedad de alrededor de un millón de años, una edad tan joven que haría que aún estén rodeadas del material de la nube en la que se formaron.

“Los nuevos resultados proporcionan una visión única del funcionamiento de los agujeros negros”, afirmó Peissker. “Podemos utilizar el entorno de SgrA* como modelo para aprender más sobre la evolución y los procesos de otras galaxias en rincones completamente diferentes de nuestro universo”, concluyó de acuerdo a RT.

“Ya sabemos que los agujeros negros existen en una amplia gama de masas, con un agujero negro supermasivo de cuatro millones de masas solares que reside en el centro de nuestra propia galaxia. Aunque actualmente no hay evidencia de la existencia de los agujeros negros estupendamente grandes, es concebible que puedan existir, y también podrían residir fuera de las galaxias, en el espacio intergaláctico, con interesantes consecuencias observacionales”, aseveró el astrónomo Bernard Carr, de la Universidad Queen Mary de Londres (Reino Unido).

Los científicos creen que esos agujeros negros podrían potencialmente proporcionar una herramienta poderosa para comprender el universo temprano e, incluso, ayudar a explicar la materia oscura, aunque todavía no se sabe muy bien cómo se forman y crecen los realmente grandes. “Sorprendentemente, la idea de los agujeros negros estupendamente grandes ha sido hasta ahora descuidada en gran medida. Hemos propuesto opciones sobre cómo podrían formarse y esperamos que nuestro trabajo comience a motivar discusiones entre la comunidad”, dijo Carr.

El nuevo hallazgo forma parte de una “población de estrellas borrosas que se puede encontrar a distancias del Sagitario A* comparables con el tamaño de nuestro sistema solar”, dice el equipo en un artículo publicado este martes en ‘The Astrophysical Journal’. Las cinco estrellas que los autores reportan haber divisado recientemente en el centro galáctico tienen cortos períodos de orbitación, a partir de los 7,6 años terrestres. Todas ellas miden entre 2,0 y 2,8 masas solares y están al límite de detección, debido a sus pequeñas dimensiones y la distancia que nos separa del centro de la Vía Láctea (cerca de 25.900 años luz).

La S4714 da la vuelta alrededor del agujero negro en aproximadamente 12 años: no es el menor período de orbitación de todo el grupo, pero destaca su órbita, que es extremadamente excéntrica y representa una elipse muy alargada. En una escala del 0 a la 1, esta excentricidad tiene el valor 0,985, apenas compatible con una órbita estable. Varios años de observaciones desde el cerro Paranal (Chile), donde se ubica el telescopio VLT del Observatorio Europeo Austral, han demostrado que en cierto momento la estrella pasa a 1.900 millones de kilómetros del agujero negro y es cuando acelera a su máximo. La velocidad desciende a medida que la S4714 se aleja hasta 250.000 millones de kilómetros del agujero negro.

Durante años otra estrella, conocida como S2 y una de las más brillantes en el mismo cúmulo estelar, estaba considerada como la más cercana al agujero negro supermasivo. En el momento de su máxima aproximación, el periapsis, su órbita está a unos 10.000 millones de kilómetros del Sagitario A*. Los investigadores señalan a este astro, nuevo récord de velocidad espacial, entre los “candidatos perfectos” para observar los efectos gravitacionales. El primer autor del artículo publicado, Florian Peissker, de la Universidad de Colonia, habló en declaraciones al sitio web ‘Science Alert’ de las “interacciones relativistas” muy fuertes entre el agujero negro y tres de las estrellas observadas dentro de este estudio. Además, señaló la S4714 como un candidato a nueva y, hasta el momento, hipotética categoría de estrellas ‘exprimidas’ por dichas interacciones.

Tras casi 30 años de mediciones, los científicos pudieron determinar que la órbita de una estrella en el centro de la Vía Láctea tiene forma de rosetón, y no de elipse como sugería la teoría de la gravedad de Isaac Newton. “La Relatividad General de Einstein predice que las órbitas unidas de un objeto alrededor de otro no están cerradas, como en la gravedad newtoniana, sino que avanzan hacia adelante en el plano de movimiento”, explica en un comunicado de la ‘ESO’ Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Alemania.

ESO's Very Large Telescope has observed for the first time a star dancing around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, as predicted by Einstein’s theory of general relativity.

Illustration credit: @ESO /L. Calçada https://t.co/2RwuZmFrAw pic.twitter.com/0DAo9U7hBX

— ESO (@ESO) April 16, 2020

Este interesante efecto, observado por primera vez en la manera que orbita el planeta Mercurio alrededor del Sol, fue la primera evidencia a favor de la Relatividad General. Ahora, casi cien años después, los investigadores detectaron ese mismo efecto en el movimiento de la estrella S2, que orbita la fuente de radio compacta Sagitario A *, en el centro de nuestra galaxia, donde yace un agujero negro supermasivo de 4 millones de veces la masa del Sol.

Sagitario A * y el denso grupo de estrellas a su alrededor se ubican a unos 26.000 años luz de nuestro sistema solar. Las mediciones indican que S2 se mueve por el espacio a casi el 3 % de la velocidad de la luz y orbita el agujero negro una vez cada 16 años terrestres. Los astrónomos explican que la mayoría de estrellas y planetas tienen una órbita no circular, alejándose y acercándose del objeto por el que giran. En el caso de la estrella S2, su movimiento cambia con cada giro cuando se encuentra en el punto más cercano al agujero negro, creando el efecto de rosetón.

La teoría de Einstein proporciona una predicción precisa de cuándo el objeto espacial cambia su órbita y las últimas mediciones de esta investigación coinciden exactamente con su teoría. Este efecto, conocido como precesión de Schwarzschild, es la primera vez que es medida en una estrella alrededor de un agujero negro supermasivo. Ya que las predicciones de la Relatividad General funcionan, estos resultados pueden ayudar a los científicos a aprender más sobre el vecindario alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea, además de servir para estudiar la materia oscura y otros posibles agujeros negros más pequeños.

El canal de YouTube ‘MetaBallStudio’, especializado videos de distintos tipos de comparativas, presentó su nuevo trabajo en el que coteja la magnitud de distintos agujeros negros. Los productores ordenaron los objetos espaciales de acuerdo con sus radios de Schwarzschild, la medida del tamaño de un agujero negro estático, explica la ‘NASA’. Los agujeros que tienen mayor masa, tienen también mayores radios de Schwarzschild.

El video empieza mostrando como hipotéticos agujeros negros los radios de Schwarzschild del Júpiter y del Sol, aunque sus masas no son suficientes para que se conviertan en un agujero negro, aseguran astrónomos de la ‘NASA’. Los productores incluyeron también el agujero negro supermasivo Sagitario A* que está ubicado en el centro de nuestra galaxia. Con anterioridad el canal había hecho un video sobre los tamaños de asteroides comparándolos con famosos espacios de la Tierra, como la torre Eiffel o la ciudad de Nueva York.

El estudio de momento está en el proceso de revisión por otros científicos y ha sido aceptado para la publicación en la revista ‘Astronomy & Astrophysics’. Los resultados apoyan estudios previos que documentaron el incremento de la actividad del agujero negro.

Los autores de la actual investigación se hicieron eco de un reciente estudio de la actividad de los destellos de rayos X en Sgr A* basado en los datos de los observatorios espaciales Chandra, XMM-Newton y Swift recopilados entre los años 1999 y 2015 y han comparado los cambios con los datos obtenidos entre 2016 y 2018.

Detectaron nueve estallidos de rayos X en los datos del satélite Chandra y cinco en Swift que se sumaron a los 107 detectados anteriormente. Al estudiarlos todos y revisar los métodos para determinar su tasa y distribución, los astrónomos descubrieron que una de las conclusiones previas resultó incorrecta: en realidad, no hubo disminución en la tasa de los destellos débiles, que mostraban estabilidad a lo largo de todo el período analizado.

Ese segundo agujero negro ‘amigo’ aún no ha sido registrado, pero su existencia se podría corroborar o descartar a través de “una miríada de efectos observables”, indican estos especalistas. El efecto más evidente sería el movimiento de las estrellas más cercanas al centro de la Vía Láctea, como S0-2, que orbita Sgr A* con un periodo de 16 años. Si hay un agujero negro acompañante, su tamaño no sería mayor a un décimo del principal, que es un millón de veces más grande que el Sol.

Las observaciones han permitido descartar que haya “un segundo agujero negro supermasivo con una masa 100.000 veces superior” a la del Sol y se encuentre “a 200 veces la distancia” entre esa estrella y la Tierra respecto a Sgr A*, explica Naoz en el portal ‘Space.com’.

Sin embargo, esa circunstancia no descarta que en esa zona se encuentre un agujero negro acompañante más pequeño que “no altere la órbita de SO-2 de una manera que podamos medir con facilidad”, agrega esta experta. Así, la presencia de un segundo agujero negro se detectaría al observar la emisión de S0-2 en el momento de su máxima aproximación a Sgr A*, un fenómeno que tendrá lugar dentro de unos 16 años y en el que “se podría alterar el resultado esperado”.

Finalmente, la interacción de los dos agujeros negros debería liberar ondas gravitacionales de frecuencia bastante baja. Los aparatos disponibles hoy en día no son capaces de detectar esas fluctuaciones, pero la Antena Espacial de Interferómetro Láser (LISA, por sus siglas en inglés) que la NASA espera poner en servicio en 2034 podría registrarlas, detalla Smadar Naoz.