El Hubble descubre la concentración de pequeños agujeros negros

Los cúmulos globulares son sistemas estelares extremadamente densos, en los que las estrellas están muy juntas. También suelen ser muy antiguos: el cúmulo globular que es el foco de este estudio, NGC 6397, es casi tan antiguo como el propio Universo. Reside a 7800 años luz de distancia, lo que lo convierte en uno de los cúmulos globulares más cercanos a la Tierra. Debido a su núcleo muy denso, se le conoce como un cúmulo colapsado.
Cuando Eduardo Vitral y Gary A. Mamon del Institut d'Astrophysique de Paris se propusieron estudiar el núcleo de NGC 6397, esperaban encontrar evidencia de un agujero negro de "masa intermedia" (IMBH). Estos son más pequeños que los agujeros negros supermasivos que se encuentran en los núcleos de las grandes galaxias, pero más grandes que los agujeros negros de masa estelar formados por el colapso de estrellas masivas. Los IMBH son el "eslabón perdido" largamente buscado en la evolución de los agujeros negros y su mera existencia se debate acaloradamente, aunque se han encontrado algunos candidatos ((1), por ejemplo).
Para buscar el IMBH, Vitral y Mamon analizaron las posiciones y velocidades de las estrellas del cúmulo. Lo hicieron utilizando estimaciones previas de los movimientos propios de las estrellas (2) a partir de imágenes de Hubble del cúmulo que abarcan varios años (3), además de los movimientos adecuados proporcionados por el observatorio espacial Gaia de la ESA, que mide con precisión las posiciones, distancias y movimientos de estrellas. Conocer la distancia al cúmulo permitió a los astrónomos traducir los movimientos propios de estas estrellas en velocidades.
"Nuestro análisis indicó que las órbitas de las estrellas son casi aleatorias en todo el cúmulo globular, en lugar de sistemáticamente circulares o muy alargadas", explicó Mamon.
"Encontramos pruebas muy sólidas de masa invisible en las densas regiones centrales del cúmulo, pero nos sorprendió descubrir que esta masa adicional no es como un punto, sino que se extiende a un pequeño porcentaje del tamaño del cúmulo", añadió Vitral.
Este componente invisible solo podría estar formado por los remanentes (enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros) de estrellas masivas cuyas regiones internas colapsaron bajo su propia gravedad una vez que se agotó su combustible nuclear. Las estrellas se hundieron progresivamente hasta el centro del cúmulo después de interacciones gravitacionales con estrellas cercanas menos masivas, lo que condujo a una pequeña concentración de masa invisible. Usando la teoría de la evolución estelar, los científicos concluyeron que la mayor parte de la concentración invisible está formada por agujeros negros de masa estelar, en lugar de enanas blancas o estrellas de neutrones que son demasiado débiles para observar.

Dos estudios recientes también habían propuesto que los restos estelares y, en particular, los agujeros negros de masa estelar, podrían poblar las regiones internas de los cúmulos globulares.
"Nuestro estudio es el primer hallazgo que proporciona tanto la masa como la extensión de lo que parece ser una colección de agujeros negros en su mayoría en un cúmulo globular colapsado", dijo Vitral.
"Nuestro análisis no habría sido posible sin los datos de Hubble para restringir las regiones internas del cúmulo y los datos de Gaia para restringir las formas orbitales de las estrellas externas, que a su vez restringen indirectamente las velocidades de las estrellas de primer plano y de fondo en regiones interiores ", agregó Mamon, dando fe de una colaboración internacional ejemplar.
Los astrónomos también señalan que este descubrimiento plantea la cuestión de si las fusiones de estos agujeros negros apretados en cúmulos globulares colapsados ​​por el núcleo pueden ser una fuente importante de ondas gravitacionales detectadas recientemente por el experimento del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO).
Notas
(1) En 2020, los nuevos datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA proporcionaron la evidencia más sólida hasta la fecha de un agujero negro de tamaño mediano.

(2) El movimiento adecuado describe qué tan rápido se mueven los objetos en el cielo.
(3) Los datos del Hubble para este estudio fueron proporcionados por A. Bellini, quien midió los movimientos adecuados de más de 1,3 millones de estrellas en 22 cúmulos globulares, incluido NGC 6397.
El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la ESA y la NASA.
El equipo internacional de astrónomos de este estudio está formado por E. Vitral y G. A. Mamon. Los resultados se han publicado hoy en Astronomy & Astrophysics.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Centro de información ESA / Hubble. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.