Observan por primera vez un sistema triple que contiene un agujero negro y dos estrellas

Cuando un agujero negro interactúa con otro objeto, que podría ser otro agujero negro o incluso una estrella, lo llamamos binario. Las binarias de rayos X suelen estar asociadas con agujeros negros con estrellas, mientras que las binarias de agujeros negros están asociadas con dos agujeros negros. Estos binarios son importantes para comprender la formación y evolución de las estrellas.

Las binarias pueden formarse cuando una de dos estrellas que interactúan se convierte en supernova y colapsa en un agujero negro. Este es un proceso complejo porque las supernovas son eventos energéticos que podrían expulsar a otros objetos de la interacción. Por lo tanto, encontrar sistemas triples es extremadamente raro ya que durante una supernova puede suceder que uno de los componentes sea expulsado del sistema.

Recientemente, investigadores del MIT y Caltech informaron en un artículo en Nature que observaron un raro sistema triple que involucra un agujero negro y dos estrellas. Esta es la primera vez que se observa un sistema de este tipo. Parte de esto es comprender cómo una estrella que interactúa débilmente con el agujero negro logró permanecer en órbita incluso después de la supernova que creó el agujero negro.

Binarios con agujeros negros

Las estrellas nacen en nubes de hidrógeno molecular que comienzan a colapsarse debido a algún factor externo. Es habitual que estas regiones se conozcan como criaderos estelares y que nazcan varias estrellas en el mismo entorno. Cuando esto ocurre, dos o más estrellas interactúan gravitacionalmente, creando cúmulos dobles, triples o incluso de varias estrellas.

Si una de las estrellas llega al final de su vida, entra en un proceso llamado supernova. Una supernova se produce como una forma de explosión que expulsa las partes más externas mientras que la parte más interna colapsa. Al final del proceso, la estrella se convierte en un agujero negro o una estrella de neutrones en un sistema con otras estrellas, si éstas no son expulsadas durante la supernova.

Supernovas

Dependiendo de la masa y la distancia que tenga una estrella de otra en un sistema, es posible que la supernova tenga suficiente energía para romper la conexión entre ambas. Esto se debe a que las partes más externas que son expulsadas tienen energía lo suficientemente alta como para expulsar a otra estrella del sistema. Las estrellas más masivas y más cercanas tienen una interacción gravitacional mucho mayor, lo que dificulta su expulsión.

Una supernova puede dar origen a una estrella de neutrones o a un agujero negro estelar dependiendo de la masa final de la estrella. Las estrellas más pequeñas y menos masivas, como el Sol, se convierten en enanas blancas y el proceso de supernova no se produce. Este proceso también es importante para la formación de elementos más pesados y la distribución de metales por el espacio, que podrían formar nuevas estrellas o planetas.

Sistema triple

En un estudio publicado en Nature, físicos del MIT y Caltech observaron por primera vez un sistema triple. Este sistema consta de un agujero negro central y dos estrellas en órbita. La estrella más cercana se está consumiendo lentamente y orbita alrededor del agujero negro cada 6,5 días. Encontraron una segunda estrella que parece estar orbitando el agujero negro a una distancia mucho mayor, con 1 órbita cada 70.000 años.

Se estima que la distancia entre las estrellas es 3.500 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Lograron encontrar el sistema triple cuando observaron imágenes del sistema V404 Cygni, que ya era conocido. Las imágenes mostraban dos puntos de luz donde un punto era el agujero negro con la estrella más cercana y un punto más distante representaba la estrella que orbitaba a una distancia mucho mayor.

Origen del sistema

Lo que intriga a los investigadores es que si el agujero negro central se hubiera formado a través de una supernova, su colapso habría expulsado a la estrella más distante. La hipótesis es si el agujero negro se formó a través del colapso de una estrella y expulsando las capas externas, es decir, sin ser una supernova. Esta hipótesis se considera una formación de agujero negro estelar “suave”.

Una curiosidad que encontraron los investigadores al estudiar el sistema fue que la estrella más distante se encuentra al final de su vida y en proceso de convertirse en gigante roja. Basándose en la masa y en esta transición, los investigadores estimaron que la edad de la estrella y del sistema ronda los 4 mil millones de años.

Referencia de la noticia:

Burdge et al. 2024 The black hole low-mass X-ray binary V404 Cygni is part of a wide triple Nature