Els vigilants dels forats negres troben un forat negre inactiu fora de la nostra galàxia

A més, han trobat que l'estrella que va donar lloc al forat negre va desaparèixer sense cap signe d'una potent explosió

La troballa es publica en un article a la revista Nature Astronomy, en el què participa l’investigador Mark Gieles de l’Institut de Ciències del Cosmos (ICCUB) i de l’IEEC

Un equip internacional d’astrònoms, motejat «la policia dels forats negres», han trobat un forat negre inactiu de massa estel·lar al Gran Núvol de Magallanes, una galàxia propera a la Via Làctia. Anomenat VFTS 243, el forat negre ha estat descobert gràcies a sis anys d’observacions obtingudes amb l’instrument Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) del Very Large Telescope (VLT) de l’Observatori Europeu Austral (ESO). El descobriment s’ha publicat recentment a la prestigiosa revista Nature Astronomy.

«Per primera vegada, el nostre equip es va reunir per informar sobre el descobriment d’un forat negre, en comptes de desmentir-ne un», afirma Tomer Shenar, l’investigador que ha liderat l’estudi que va començar a la Universitat Catòlica de Lovaina (Bèlgica) i qui ara té una beca Marie-Curie a la Universitat d’Amsterdam (Països Baixos). «Hem trobat una agulla en un paller», afegeix. Tot i que s’han proposat altres forats negres similars, l’equip afirma que aquest és el primer forat negre de massa estel·lar «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. Es considera que un forat negre està «inactiu» quan no emet nivells alts de radiació de raigs X (la manera més usual a l’hora de detectar forats negres). Aquests tipus de forats negres són especialment difícils de detectar, ja que no interactuen gaire amb el seu entorn.
 
Per trobar el VFTS 243, la col·laboració va analitzar aproximadament 1000 estrelles massives a la regió de la nebulosa de la Taràntula del Gran Núvol de Magallanes, a fi de trobar les que poguessin estar acompanyades de forats negres. Identificar aquests acompanyants com a forats negres és molt difícil ja que hi ha moltes altres opcions alternatives. El que ara s’ha descobert, el VFTS 243, té almenys nou vegades la massa del Sol i orbita al voltant d’una estrella calenta i blava (de tipus O) que pesa vint-i-cinc vegades la massa de la nostra estrella.
 

Aquesta troballa permet a l’equip 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 d’una estrella massiva moribunda es col·lapsa, però encara no se sap si tot això va acompanyat d’una explosió de supernova. I és que l’equip també ha trobat que l’estrella que va donar origen al forat negre ara descobert va desaparèixer sense senyals de cap explosió violenta. 

En un sistema binari, un sistema de dues estrelles que giren una al voltant de l'altra, hi ha la possibilitat de trobar un forat negre a partir del moviment d'una estrella companya lluminosa. «A partir de l’òrbita quasi circular de la binària en la què hem trobat el VFTS 243 podríem concloure que aquest forat negre no va rebre un cop de velocitat quan es va formar en una explosió de supernova, un fet que ens ajuda a entendre millor l’origen de les ones gravitacionals observades pels detectors LIGO-Virgo», comenta el professor ICREA Mark Gieles, investigador de l’Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (UB), membre de l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) i del Departament de Física Quàntica i Astrofísica de la UB. Gieles és coautor de l'article i dirigeix el grup de recerca d'ones gravitacionals Virgo de l'ICCUB, que analitza i interpreta el nombre creixent de col·lisions d'objectes compactes detectats, com ara els forats negres binaris.

«L’estrella 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 d’aquest escenari de “col·lapse directe” però el nostre estudi ofereix el que segurament és una de les indicacions més directes. Això té grans implicacions per l’origen de les fusions de forats negres al cosmos».

Tot i el sobrenom de «policia dels forats negres», l’equip fomenta activament l’escrutini, i espera que aquest treball permeti trobar altres forats negres de massa estel·lar que orbiten al voltant d’estrelles massives, de les quals es prediu que hi ha milers a la Via Làctia i als Núvols de Magallanes.
 
En el treball, dut a terme per prop d’una quarantena d’experts de tot l’àmbit internacional, també hi participen investigadors de l’Institut d’Astrofísica de Canàries (IAC) i de la Universitat de La Laguna (UL). 

Nota de premsa elaborada en col·laboració amb la Unitat de Comunicació Institucional de la Universitat de Barcelona (UB).

Imatge Principal

Sistema binari amb forat negre
Peu d'imatge: Recreació artística d’un sistema binari en el què un dels dos objectes és un forat negre.
Crèdit: ESO/L.Calçada.

Enllaços

– IEEC
– ICCUB
– VLT
– ESO
 
Més informació

Aquesta recerca es presenta en un article titulat «An X-ray-quiet black hole born with a negligible kick in a massive binary within the Large Magellanic Cloud», de Shenar, T. et al., que apareix publicat a la revista Nature Astronomy el 18 de juliol del 2022. Doi: 10.1038/s41550-022-01730-y.

L’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) promou i coordina la recerca i el desenvolupament tecnològic espacial a Catalunya en benefici de la societat. L’IEEC fomenta les col·laboracions tant a nivell local com mundial, i és un eficient agent de transferència de coneixement, innovació i tecnologia.  Com a resultat de 25 anys de recerca d’alta qualitat, duta a terme en col·laboració amb les principals organitzacions internacionals, l’IEEC es troba entre els millors centres d’investigació internacionals centrats en àrees com: l’astrofísica, la cosmologia, les ciències planetàries i l’observació de la Terra. La divisió d’enginyeria de l’IEEC desenvolupa instrumentació per a projectes terrestres i espacials, i té una àmplia experiència treballant amb organitzacions privades i públiques del sector aeroespacial així com altres sectors d’innovació.
   
L’IEEC és una fundació privada sense ànim de lucre regida per un Patronat compost per la Generalitat de Catalunya i unes altres quatre institucions amb una unitat científica cadascuna, que en conjunt constitueixen el nucli de l’activitat d’I+D de l’IEEC: la Universitat de Barcelona (UB) amb la unitat científica ICCUB – Institut de Ciències del Cosmos; la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) amb la unitat científica CERES – Centre d’Estudis i Recerca Espacials; la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) amb la unitat científica CTE – Grup de Recerca en Ciències i Tecnologies de l’Espai; i el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) amb la unitat científica ICE – Institut de Ciències de l’Espai. L’IEEC és un centre CERCA (Centres de Recerca de Catalunya).

Contactes

Oficina de Comunicació de l'IEEC
Barcelona, Espanya
Correu electrònic: comunicacio@ieec.cat 

Autor Principal a l’IEEC
Barcelona, Espanya
Mark Gieles
Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)
Institut de Ciències del Cosmos de la Universitat de Barcelona (ICCUB)
Correu electrònic: mgieles@ieec.cat, mgieles@icc.ub.edu