Los astrónomos han ofrecido una verificación de la realidad en la búsqueda de agujeros negros y estrellas de neutrones ocultos en la Vía Láctea. Un equipo dirigido por Joshua Simon de los Observatorios Carnegie realizó un seguimiento espectroscópico de 31 sistemas estelares binarios que Gaia, el satélite cartográfico de estrellas de la Agencia Espacial Europea, había señalado como posibles hogares de objetos compactos oscuros. Su conclusión: la mayoría de esas pistas eran falsos positivos.
El trabajo, publicado en el Astrophysical Journal, es un paso aleccionador pero valioso para aprender a separar los verdaderos tesoros cósmicos del ruido estadístico.
Lo que prometía el catálogo de Gaia
Gaia ha estado cartografiando las posiciones, movimientos y propiedades de casi dos mil millones de estrellas desde su lanzamiento en 2013. Su tercera publicación de datos, conocida como DR3, incluía un catálogo de sistemas estelares binarios, pares de estrellas que orbitan un centro de gravedad común. Entre estos había sistemas donde un objeto parecía invisible pero masivo: un agujero negro o una estrella de neutrones.
La idea era sencilla. Cuando una estrella visible se tambalea bajo la atracción gravitatoria de una compañera invisible, los astrónomos pueden calcular la masa mínima de la compañera. Si esa masa supera aproximadamente 2,3 veces la masa del Sol, la compañera es demasiado pesada para ser una enana blanca y demasiado compacta para ser una estrella normal. Debe ser una estrella de neutrones o un agujero negro. Los catálogos de binarias astrométricas y espectroscópicas de Gaia identificaron docenas de candidatas que encajaban en esa descripción, generando entusiasmo en la comunidad astrofísica.
Tres de esas candidatas ya han sido confirmadas mediante seguimiento terrestre: Gaia BH1 y Gaia BH2, ambas agujeros negros de masa estelar, y Gaia NS1, una estrella de neutrones. Siguen siendo los únicos descubrimientos de referencia hasta ahora.
Lo que encontró el nuevo estudio
El equipo de Simon utilizó algunos de los telescopios más potentes del mundo, incluidos los telescopios Magallanes en Chile, el Buscador Automático de Planetas en el Observatorio Lick y el Observatorio Keck en Hawái, para obtener espectros de alta resolución de 31 sistemas candidatos durante varios años. Midieron cómo las velocidades radiales de las estrellas (su velocidad hacia o desde la Tierra) cambiaban con el tiempo, obteniendo soluciones orbitales completas para 12 de los sistemas.
Los resultados fueron sorprendentes. Para cada candidato con una masa de compañera oscura superior a 2 masas solares que Gaia había señalado como con solución orbital, las órbitas de Gaia resultaron ser incorrectas. Las únicas excepciones fueron las ya confirmadas Gaia BH1, Gaia BH2 y Gaia NS1.
En algunos casos, las supuestas compañeras oscuras eran en realidad estrellas ordinarias de baja masa o enanas blancas. En un caso, el sistema resultó ser una binaria espectroscópica de doble línea, dos estrellas perfectamente ordinarias orbitándose mutuamente, no un agujero negro en absoluto. Los falsos positivos probablemente surgieron porque el procesamiento automatizado de Gaia señaló casos límite donde los datos parecían coincidir con una compañera de alta masa.
El equipo recomienda que las búsquedas futuras utilicen criterios más conservadores: exigir una significancia de señal superior a 10 y un parámetro de bondad de ajuste inferior a 4 al seleccionar candidatas de los catálogos de Gaia. Estos recortes reducirían drásticamente el número de falsos positivos.
Queda un prometedor indicio
No toda esperanza está perdida. Entre las 11 estrellas aceleradas en la muestra — sistemas que mostraban grandes aceleraciones en el cielo y a lo largo de la línea de visión pero carecían de soluciones orbitales completas en los datos DR3 — un objeto destacó. Conocido como Gaia DR3 3689209059942075008, tiene una masa mínima de compañera de 1,16 veces la masa del Sol, con una incertidumbre muy pequeña. Eso lo sitúa justo en el límite entre las enanas blancas más pesadas posibles y las estrellas de neutrones más ligeras. Podría ser una enana blanca ultramasiva o una estrella de neutrones, y se necesitarán más observaciones para resolver la cuestión.
Este sistema sugiere que los catálogos de aceleración de Gaia, que han recibido menos atención que los catálogos principales de binarias, pueden todavía albergar objetos compactos no descubiertos. Los datos de aceleración cubren un conjunto más amplio y menos estrictamente filtrado de estrellas, incluyendo potencialmente binarias más anchas que los catálogos orbitales pasaron por alto.
Por qué esto es importante
Los agujeros negros inactivos y las estrellas de neutrones que no están atrayendo activamente materia de una compañera son extremadamente difíciles de encontrar. No emiten luz propia. La única forma de detectarlos es a través de su influencia gravitatoria sobre una estrella cercana. Gaia es el primer instrumento capaz de escanear sistemáticamente todo el cielo en busca de estas señales sutiles.
Cada descubrimiento confirmado, incluyendo Gaia BH1 a 1.560 años luz, Gaia BH2 y Gaia NS1, ha reescrito lo que sabemos sobre cuántos agujeros negros y estrellas de neutrones acechan en nuestro vecindario galáctico. Las estimaciones sugieren que la Vía Láctea puede contener 100 millones de agujeros negros de masa estelar y mil millones de estrellas de neutrones. Encontrar aunque sea un puñado de ellos en binarias anchas no interactivas ayuda a los teóricos a entender cómo evolucionan las estrellas masivas, cómo ocurren las supernovas y cómo los sistemas binarios sobreviven a esos eventos violentos.
El nuevo artículo no entrega una nueva cosecha de objetos compactos. Pero proporciona algo casi igual de valioso: un mapa de las trampas y peligros que aguardan a cualquiera que intente encontrarlos. Las búsquedas futuras, incluidas aquellas que utilicen la próxima cuarta publicación de datos de Gaia (DR4), ahora pueden evitar los mismos callejones sin salida.
“No encontramos nuevas compañeras confirmadas de agujero negro o estrella de neutrones”, escriben los autores en su conclusión. Pero señalan que los catálogos de aceleración “pueden por tanto proporcionar una fuente en gran parte inexplorada de binarias anchas adicionales que contengan objetos compactos”.
La búsqueda continúa.
Imágenes:
- Impresión artística del sistema Gaia BH1 (ESA)
- Mapa de Gaia de estrellas binarias en la Vía Láctea (ESA/Gaia/DPAC)
- Ilustración del método de velocidad radial para detectar exoplanetas y objetos compactos (NASA)
Traducido por Alessandra