Nuestra Vía Láctea tiene un corazón secreto de oscuridad, envuelto en misterio y bien oculto a nuestra vista. Dentro de esta extraña región, reside una poderosa bestia gravitacional: una agujero negro supermasivo llamado Sagitario A *–o Sgr A * (pronunciado saj-a-star) para abreviar, que pesa millones de veces más que nuestro Sol. A pesar de que Sgr A * ha mantenido sus muchos secretos ocultos a las miradas indiscretas de los astrónomos curiosos, ahora finalmente está comenzando a contar su historia, ¡y qué historia es! En mayo de 2018, los astrónomos que utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra, anunció que han descubierto evidencia de la existencia de miles de relativamente pequeños agujeros negros de masa estelar, realizando un ballet exótico cerca del corazón oscuro de nuestra Galaxia, donde Sgr A * mora. Agujeros negros de masa estelar típicamente pesan entre 5 y 30 veces la masa solar, y este tesoro recién descubierto lleno de estos objetos “más pequeños” se encuentra a tres años luz de donde Sgr A * reina en secreto, siniestro esplendor – un corazón hechizante de tinieblas que guarda las cosas para sí mismo.

Tres años luz es una distancia muy corta en escalas cósmicas. Los estudios teóricos de la dinámica de las estrellas que habitan en las galaxias han sugerido que una población significativa de agujeros negros de masa estelar–quizás hasta 20.000– podrían vagar hacia adentro a medida que pasa el tiempo y finalmente reunirse Sgr A *. Este estudio reciente utilizando datos obtenidos de Chandra proporciona la primera evidencia observacional de la existencia de tal grupo de hechizantes agujeros negros en el corazón de nuestra Vía Láctea.

Masa estelar los objetos nacen como resultado del colapso gravitacional de una estrella especialmente masiva. Este extraño nacimiento suele ser anunciado por una brillante exhibición de fuegos artificiales celestiales llamada supernova. Supernovas son las explosiones estelares más poderosas que se conocen, y son tan brillantes que con frecuencia se pueden observar hasta el borde mismo del Universo observable, y en realidad pueden eclipsar a todo su anfitrión galáctico por un breve abrir y cerrar de ojos. escalas de tiempo cósmico. Agujeros negros de masa estelar se denominan con frecuencia colapsos.

UNA masa estelar calabozo, que está firmemente encerrado en una órbita cercana con una estrella, robará gas a su desafortunada compañera. Los astrónomos denominan estos sistemas Binarios de rayos X. El material estelar robado cae en un disco que se calienta a millones de grados y emite rayos X antes de desaparecer en las fauces hambrientas de la bestia gravitacional. Algunos de estos Binarios de rayos X aparecen como fuentes puntuales en el Chandra imagen.

Por lo tanto, la calabozo es observable en rayos X. Por el contrario, los astrónomos pueden observar a la estrella compañera victimizada utilizando telescopios ópticos. La liberación de energía para ambos agujeros negros y estrellas de neutrones son del mismo orden de magnitud y, por esta razón, los astrónomos encuentran con frecuencia dificultades para distinguir entre los dos objetos.

Estrellas de neutrones son los restos muy densos, del tamaño de una ciudad, de una estrella masiva que ha perecido en los fuegos artificiales de un supernova explosión. En efecto, estrellas de neutrones son tan densos que una cucharadita llena de estrella neutrón-las cosas pueden pesar tanto como un banco de ballenas. Sin embargo, las estrellas masivas que son los progenitores de estrellas de neutrones no son tan masivas como las estrellas que colapsan para convertirse agujeros negros de masa estelar.

La buena noticia es que estrellas de neutrones luce algunos atributos de identificación. Estrellas de neutrones mostrar rotación diferencial, y puede poseer tanto un campo magnético como explosiones localizadas, denominadas estallidos termonucleares. Siempre que los astrónomos observan estas propiedades de chismorreos, el objeto compacto que habita el sistema binario se revela a sí mismo como un estrella neutrón–preferible a agujero negro de masa estelar.

Las masas derivadas provienen de observaciones de fuentes de rayos X compactas que combinan datos ópticos con datos de rayos X. Toda la estrellas de neutrones que se han identificado hasta ahora muestran masas por debajo de 2,0 masas solares. Ninguno de los sistemas compactos con masas superiores a 2,0 masas solares, que se han observado, muestran las propiedades de un estrella neutrón. Por tanto, la combinación de estas propiedades hace cada vez más probable que la clase de estrellas compactas masas deportivas superiores a 2,0 masas solares son realmente agujeros negros de masa estelar.

Nuestra galaxia alberga varios agujero negro de masa estelar candidatos, que residen más cerca de la Tierra que Sgr A *. La mayoría de estos candidatos son miembros de Sistemas binarios de rayos X en el que el miembro compacto del dúo roba material estelar de su socio a través del disco de acreción.

Sin cabello

UNA calabozo–de cualquier tamaño– puede describirse como que solo tiene tres propiedades. Según ciertos supuestos “sin cabello” teorías, un calabozo tiene tres propiedades fundamentales: masa, carga eléctrica y espín (momento angular). Los científicos generalmente creen que todos los agujeros negros nacen en la naturaleza con un giro. Sin embargo, no se ha registrado una observación definitiva de este giro, al menos todavía no. El giro de un agujero negro de masa estelar se debe a la conservación del momento angular de la estrella progenitora masiva que lo produjo.

El colapso gravitacional de una estrella masiva es un proceso natural. Es inevitable que cuando una estrella masiva por fin llega al final de ese largo camino estelar, en el que se agotan todas sus fuentes de energía estelar, se derrumbe bajo la implacable atracción de su propia gravedad y luego se haga añicos en pedazos. el ardiente Gran final de una explosión de supernova. Si la masa de la parte colapsada de la estrella progenitora está por debajo del límite de materia degenerada por neutrones (Tolman-Oppenheimer-Volkoff – TOV – límite), el resultado final es una estrella compacta. La estrella compacta puede ser una enano blanco o un estrella neutrón–pero mayo también ser un objeto estelar todavía hipotético llamado un estrella de quark. Sin embargo, si la estrella progenitora, que está en proceso de colapso, tiene una masa mayor que la Límite de TOV, la intensa presión de su propia gravedad seguirá y seguirá y en hasta que se alcance el volumen cero y un nuevo agujero negro de masa estelar nace alrededor de ese punto en el espacio.

Según Albert Einstein Teoría de la relatividad general (1915), una calabozo de cualquier masa puede existir en la naturaleza. Cuanto menor es la masa, mayor debe ser la densidad de la materia para dar lugar a una calabozo. Ningún proceso conocido puede formar una calabozo con una masa inferior a unas pocas veces la masa solar. Si hay agujeros negros tan pequeños, que existen en cualquier parte del Universo, probablemente sean primordiales agujeros negros.

Durante los últimos veinte años, los astrónomos han logrado reunir pruebas suficientes en apoyo de la idea de que nuestra Vía Láctea alberga una supermasivo bestia en su secreto corazón de tinieblas. Allí, escondido en el centro de nuestra galaxia, espera su cena: una estrella triturada, tal vez, o una nube de gas condenado. Debido a que este misterioso objeto acecha relativamente cerca de nuestro propio planeta, proporciona información valiosa a los astrónomos sobre la manera fascinante, molesta y desconcertante en que se comporta la gravedad extrema. Por esta razón, Sgr A * también arroja una nueva luz fascinante sobre Relatividad general. Porque agujeros negros son tan completamente negros que los astrónomos intentan comprender sus exóticas propiedades observando la luz que emite el gas ardiente y deslumbrante que los rodea inmediatamente. (disco de acreción).

El tesoro de los agujeros negros de masa estelar

Un equipo de astrónomos, dirigido por el Dr. Charles Hailey de la Universidad de Columbia en Nueva York, utilizó datos derivados de Chandra para cazar Binarios de rayos X que contienen agujeros negros residiendo cerca de Sgr A *. Los científicos estudiaron los espectros de rayos X (la cantidad de rayos X observados a diferentes energías) de fuentes que residen dentro de aproximadamente 12 años luz de nuestra Vía Láctea. supermasivo corazón oscuro.

Luego, el equipo pasó a seleccionar fuentes que mostraban espectros de rayos X similares a los de Binarios de rayos X que mostró cantidades relativamente grandes de rayos X de baja energía. Usando esta técnica, los científicos pudieron detectar catorce Binarios de rayos X ubicado a unos tres años luz de Sgr A *. Se cree que un dúo de fuentes de rayos X contiene estrellas de neutrones. Esta probabilidad se basa en la detección de características estrella neutrón arrebatos observados en estudios anteriores. Por esta razón, las dos fuentes fueron eliminadas del análisis.

El Dr. Hailey y su equipo concluyeron que la mayoría de los restantes Binarios de rayos X probablemente contenga agujeros negros de masa estelar. La cantidad de variabilidad que han mostrado a lo largo de los años es diferente de la predicha para Binarios de rayos X hospedaje estrellas de neutrones.

Solo los mas brillantes Binarios de rayos X conteniendo agujeros negros son detectables a la distancia del residente de nuestra galaxia agujero negro supermasivo es de la Tierra. Por esta razón, las detecciones incluidas en esta investigación sugieren que una población considerablemente mayor de personas más débiles y no detectadas Binarios de rayos X (al menos 300 hasta mil) anfitrión agujeros negros de masa estelar en el vecindario general que rodea Sgr A *.

Esta población de agujeros negros, que posee un compañero estelar cercano a Sgr A *, podría arrojar nueva luz sobre la misteriosa formación de Binarios de rayos X como resultado de pasajes estrechos entre estrellas y agujeros negros de masa estelar. Este descubrimiento también podría ayudar a futuros estudios de ondas gravitacionales. Eso es porque sabiendo el número de agujeros negros, acechando en el corazón de una galaxia típica, puede ayudar a los astrónomos a predecir mejor cuántos eventos de ondas gravitacionales pueden estar asociados con ellos. Ondas gravitacionales son ondas en el tejido del propio espacio-tiempo, y proporcionan a los astrónomos una nueva forma de estudiar el Universo.

Una población aún mayor de agujeros negros de masa estelar, que son solitarios, sin una estrella compañera para llamar suya, también deberían estar bailando cerca Sgr A *. Según una investigación de seguimiento teórica realizada por el Dr. Aleksey Generozov (Universidad de Columbia) y sus colegas, debería haber más de aproximadamente 10,000 agujeros negros de masa estelar acechando el oscuro corazón oculto de nuestra Vía Láctea.

Mientras que el Dr. Hailey y sus colegas favorecen la agujero negro de masa estelar escenario de sus hallazgos, no descartan la posibilidad de que hasta el 50% de las fuentes observadas sean realmente de una población de púlsares de milisegundos. UNA Pulsar de milisegundos es un recién nacido que gira rápidamente y con regularidad estrella neutrón, recién salido de la pira funeraria de su estrella progenitora que pereció en la brillante explosión de una supernova. Púlsares de milisegundos Poseen campos magnéticos muy poderosos.

Un artículo que describe estos resultados aparece en la edición del 5 de abril de 2018 de la revista Naturaleza.

los Observatorio de rayos X Chandra es un observatorio espacial lanzado por la NASA el 23 de julio de 1999.