Els ʻvigilants dels forats negresʼ en troben un dʼinactiu fora de la nostra galàxia
Un equip dʼexperts internacionals reconeguts per haver desmentit diversos descobriments de forats negres nʼha identificat un de massa estel·lar: el VFTS 243, que es troba al Gran Núvol de Magallanes, una galàxia propera a la Via Làctia. La descoberta sʼanuncia ara en un article publicat a la revista Nature Astronomy en què participa Mark Gieles, de la Facultat de Física, lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB) i lʼInstitut dʼEstudis Espacials de Catalunya (IEEC).
Un equip dʼexperts internacionals reconeguts per haver desmentit diversos descobriments de forats negres nʼha identificat un de massa estel·lar: el VFTS 243, que es troba al Gran Núvol de Magallanes, una galàxia propera a la Via Làctia. La descoberta sʼanuncia ara en un article publicat a la revista Nature Astronomy en què participa Mark Gieles, de la Facultat de Física, lʼInstitut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB) i lʼInstitut dʼEstudis Espacials de Catalunya (IEEC).
«Per primera vegada, el nostre equip es va reunir per informar del descobriment dʼun forat negre, i no per rebutjar-ne un», afirma el director de lʼestudi, Tomer Shenar. Lʼequip també va descobrir que lʼestrella que va originar aquest forat negre va desaparèixer sense senyals de cap explosió potent. Aquesta troballa ha estat possible després de sis anys dʼobservacions amb el Very Large Telescope (VLT) de lʼObservatori Europeu Austral (ESO). En el treball, dut a terme per prop dʼuna quarantena dʼexperts de tot lʼàmbit internacional, també hi ha participat membres de lʼInstitut dʼAstrofísica de les Canàries (IAC) i de la Universitat de La Laguna (ULL).
«Hem trobat una agulla en un paller», diu Shenar, que va començar lʼestudi a la Universitat Catòlica de Lovaina (Bèlgica) i que ara té una beca Marie Skłodowska-Curie a la Universitat dʼAmsterdam (Països Baixos). Tot i que sʼhan proposat altres forats negres similars, lʼequip afirma que aquest és el primer de massa estel·lar i inactiu que es detecta de manera inequívoca fora de la nostra galàxia.
Els forats negres de massa estel·lar es formen quan les estrelles massives arriben al final de la seva vida i col·lapsen sota la seva pròpia gravetat. En un sistema binari, format per dues estrelles que giren lʼuna al voltant de lʼaltra, aquest procés deixa un forat negre en òrbita amb una estrella lluminosa que lʼacompanya. «A partir de lʼòrbita quasi circular dʼaquest parell dʼobjectes, podríem concloure que aquest forat negre no va rebre un cop de velocitat quan es va formar en una explosió de supernova, fet que ens ajuda a entendre millor lʼorigen de les ones gravitacionals observades pels detectors LIGO-Virgo», comenta el professor ICREA Mark Gieles, membre del Departament de Física Quàntica i Astrofísica de la UB, responsable dʼanalitzar i interpretar el conjunt -cada cop més nombrós- de col·lisions dʼobjectes compactes detectats, com ara els sistemes binaris que contenen forats negres.
Un forat negre està inactiu si no emet nivells alts de raigs X, la forma de radiació per la qual se solen detectar aquests forats negres. «És increïble que pràcticament no coneguem més forats negres inactius, tenint en compte que els astrònoms creuen que són molt comuns», explica Pablo Marchant, coautor de lʼestudi i membre de la Universitat Catòlica de Lovaina.
El forat negre descobert ara té almenys nou vegades la massa del nostre Sol, i orbita al voltant dʼuna estrella calenta i blava que posseeix vint-i-cinc vegades la massa solar. Els forats negres inactius són especialment difícils de detectar, ja que no interactuen gaire amb el seu entorn. «Fa més de dos anys que busquem aquest tipus de sistemes binaris de forats negres», afirma la coautora de lʼestudi, Julia Bodensteiner, investigadora de lʼObservatori Europeu Austral (ESO), a Alemanya. «Quan vaig saber de lʼexistència del VFTS 243 em vaig emocionar molt; a parer meu, de tots els forats dels quals fins ara tenim informació, aquest és el que més convenç».
Per trobar el VFTS 243, la col·laboració va analitzar aproximadament 1.000 estrelles massives a la regió de la nebulosa de la Taràntula del Gran Núvol de Magallanes per trobar les que poguessin anar acompanyades de forats negres. Identificar aquests acompanyants com a forats negres és molt difícil, ja que hi ha moltes altres opcions.
«Com a investigador que els últims anys ha desmentit possibles forats negres, era molt escèptic pel que fa a aquest descobriment», diu Shenar. Aquest escepticisme el compartia el coautor de lʼestudi, Kareem El-Badry, del Centre dʼAstrofísica Harvard- Smithsonian (Estats Units), a qui Shenar anomena «el destructor de forats negres». «Quan Tomer em va demanar que comprovés les seves troballes, vaig dubtar. Però no vaig trobar cap explicació plausible per a aquestes dades sense incloure un forat negre», explica El-Badry.
La troballa permet a lʼequip tenir una visió única dels processos que acompanyen la formació dels forats negres. Els astrònoms creuen que un forat negre de massa estel·lar es forma quan el nucli dʼuna estrella massiva moribunda es col·lapsa, però encara no se sap si tot això va acompanyat dʼuna explosió de supernova.
«Lʼestrella que va formar el forat negre VFTS 243 sembla que hagi col·lapsat per complet, sense signes de cap explosió prèvia», explica Shenar. «Recentment, han sorgit proves dʼaquest escenari de “col·lapse directe”, però el nostre estudi ofereix el que segurament és una de les indicacions més directes dʼaquest tipus de mecanisme. Això té grans implicacions per lʼorigen de les fusions de forats negres al cosmos».
El forat negre VFTS 243 es va trobar gràcies a sis anys dʼobservacions de la nebulosa de la Taràntula fetes amb lʼinstrument Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) al VLT de lʼESO.
Tot i el sobrenom de «policia dels forats negres», lʼequip responsable dʼaquesta troballa fomenta activament lʼescrutini i espera que aquest treball permeti trobar altres forats negres de massa estel·lar que orbiten al voltant dʼestrelles massives, de les quals es prediu que a la Via Làctia i als Núvols de Magallanes nʼhi ha milers.
«Espero que altres experts examinin detingudament lʼanàlisi i intentin elaborar models alternatius. És un projecte molt emocionant en què participar», conclou El-Badry.
Article de referència:
Shenar, T. et al. «An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud». Nature Astronomy, juliol de 2022. DOI: 10.1038/s41550-022-01730-y