¿Qué se esconde en el corazón de la Vía Láctea?

Los astrónomos conocen la mayor parte de la respuesta desde hace décadas. Al igual que en la mayoría de las grandes galaxias, un agujero negro supermasivo se encuentra en el centro de nuestra propia isla en el universo, envuelto en una vorágine de nubes moleculares y estrellas.

Pero algo parece faltar en esta imagen: los agujeros negros de masa estelar que pueden producirse cuando mueren las estrellas más pesadas. Los teóricos han predicho durante mucho tiempo que estos agujeros negros deberían existir en abundancia en el centro de nuestra galaxia, repleto de estrellas, pero las pruebas de su presencia allí y en los llamados núcleos de otras grandes galaxias cercanas han sido escasas. Los astrónomos lo achacan a que los agujeros negros son demasiado débiles para distinguirlos del ruidoso fondo de rayos X.

Hace cuatro años, Chuck Hailey, astrofísico de la Universidad de Columbia, publicó un artículo en Nature en el que él y sus coautores argumentaban que por fin habían espiado el enjambre oculto de agujeros negros de la Vía Láctea, o más bien los miembros más llamativos del enjambre. Si algunos de esos agujeros negros eran binarios -es decir, orbitaban junto a otro objeto, normalmente una estrella-, debían absorber material de esos compañeros que, en el proceso, se calentaría y emitiría rayos X detectables. Utilizando más de una década de datos de archivo del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, Hailey y sus colegas encontraron una docena de fuentes de emisión de rayos X previamente desconocidas en las proximidades del núcleo de la Vía Láctea, cada una de las cuales, dicen, probablemente representa un agujero negro que se alimenta de una estrella. En conjunto, la docena de candidatos delataría la presencia de una población de miles y miles de parientes más silenciosos que no se ven.

Ahora, sin embargo, un nuevo estudio de otro equipo ha puesto en duda esa interpretación. En su lugar, plantea que las señales de rayos X procedentes del núcleo galáctico tienen la misma probabilidad de ser causadas por estrellas binarias de neutrones. Una Vía Láctea sin el enjambre central de agujeros negros de masa estelar previsto desde hace tiempo sería, como mínimo, preocupante, ya que sugeriría que siguen existiendo grandes lagunas en la comprensión de los teóricos sobre el funcionamiento de las galaxias.

agujeros negros

Lo que está en juego:

Descubrir si el corazón de la Vía Láctea alberga o no un enjambre de agujeros negros es importante, dice Saavik Ford, astrónomo del Borough of Manhattan Community College, precisamente porque ese conocimiento podría ayudar mucho a los científicos a responder a varias preguntas persistentes sobre la formación y la evolución de las galaxias. «Nos gustaría entender cómo se ensamblan las galaxias, y los núcleos parecen desempeñar un papel importante», dice Ford, que no participó en ninguno de los dos estudios. «Sabemos que la masa del agujero negro supermasivo está correlacionada con las características a gran escala de las galaxias maduras, pero no sabemos exactamente cómo se las arreglan esos agujeros negros supermasivos para crecer tan grandes y tan rápido como lo hacen».

El núcleo de una galaxia lleno de agujeros negros también sería un lugar privilegiado para eventos astrofísicos exóticos que producen las ondas gravitacionales que los astrónomos están encontrando ahora con creciente regularidad. Estas ondas en el tejido del espacio-tiempo pueden provenir de muchas fuentes cósmicas, pero las que surgen de las fusiones de agujeros negros de masa estelar son las más fáciles de detectar por las instalaciones actuales. Estas fusiones deberían producirse con mayor frecuencia en los lugares donde se concentran más agujeros negros de masa estelar. Y los núcleos galácticos siguen siendo la mejor apuesta de los teóricos para saber dónde se dan esas condiciones.

Una cuestión de tiempo:

Tom Maccarone, astrofísico de la Universidad Tecnológica de Texas y autor principal del nuevo estudio, publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society el mes pasado, señala que nadie discute la existencia de las tentadoras fuentes de rayos X de las que informaron Hailey y compañía, y que algunas de esas fuentes pueden estar vinculadas a los agujeros negros. Sin embargo, Maccarone y sus coautores cuestionan el análisis y la interpretación del artículo anterior de una manera que, según ellos, socava sus conclusiones principales.

«El equipo de Hailey encontró objetos que son estrellas de neutrones o agujeros negros en binarias», dice Maccarone. «Todo el mundo está de acuerdo en eso. Los datos son buenos. Demuestra que los objetos no tienen [recurring short-period] arrebatos. Todo el mundo está de acuerdo en eso también». El núcleo del debate, dice Maccarone, es que «Hailey afirmó que esto significa que deben ser agujeros negros binarios porque las estrellas de neutrones binarias [supposedly] estallan cada cinco años aproximadamente. Pero nunca comprobó si eso es realmente cierto. Lo hice, y no es cierto».

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Las estrellas de neutrones son los restos del tamaño de una ciudad de estrellas masivas caducadas. No son agujeros negros, pero su atracción gravitatoria es tan fuerte que parecen y actúan como impostores de agujeros negros, y también se cree que prevalecen en el núcleo de la Vía Láctea. Al igual que los agujeros negros, tienen la capacidad de capturar y devorar a un compañero, y ocasionalmente pueden eructar enormes explosiones de rayos X mientras se dan un festín. Puede ser imposible saber, observando únicamente las emisiones de rayos X, si un sistema binario de rayos X contiene un agujero negro o una estrella de neutrones impostora.

Algunos astrónomos, Hailey y sus coautores entre ellos, postulan que la distinción se puede hacer monitoreando cuidadosamente el tiempo de los estallidos de una binaria de rayos X. Los sistemas binarios de rayos X que contienen un agujero negro, argumentan, estallarían con menos frecuencia que otros que albergan una estrella de neutrones. La escasez de datos hace que los teóricos no estén seguros, pero su trabajo sugiere que esto puede ser cierto. Sin embargo, los observadores aún no han demostrado de forma concluyente que exista alguna diferencia temporal. En busca de respuestas a estas preguntas, los astrónomos se encuentran, por ahora, en las fronteras de su campo.

Maccarone sostiene que la equiparación de las estrellas binarias de neutrones con las erupciones recurrentes y rápidas no es más que una tradición astronómica; es un producto de artefactos estadísticos en conjuntos de datos sesgados. En concreto, dice, las estrellas de neutrones que estallan repetidamente cada cinco o diez años están sobrerrepresentadas en los catálogos de los astrónomos porque tales sistemas simplemente ofrecen más datos útiles, en comparación con las estrellas de neutrones más quiescentes que muestran estallidos menos frecuentes.

Para probar su punto, él y sus coautores examinaron los datos de estrellas de neutrones del Explorador de Tiempo de Rayos X Rossi (RXTE) de la NASA, que se lanzó en 1995 en una misión de 16 años para examinar todo el cielo en busca de emisiones de rayos X dependientes del tiempo. Su análisis demostró que RXTE encontró numerosas estrellas de neutrones con tiempos de recurrencia de más de una década, y encontró muchas más que estallaron una vez pero aún no se han repetido. La amplitud, profundidad y duración del estudio de RXTE y su resultante cosecha de rayos X procedentes de estrellas binarias de neutrones en erupción implica que podrían existir decenas de miles de estos sistemas sin descubrir en toda la Vía Láctea, afirma Maccarone. En pocas palabras, su prevalencia ha sido dramáticamente subestimada porque sus tiempos de recurrencia típicos exceden las duraciones de los estudios más largos y agudos de los astrónomos.

Comparaciones cuestionables:

Según el astrónomo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Kareem El-Badry, que no formó parte de ninguno de los dos equipos, esto subraya el problema más profundo y general de la indiferencia de la naturaleza ante nuestras limitaciones demasiado humanas. Los acontecimientos cósmicos pueden ocurrir, y de hecho ocurren, en escalas de tiempo que empequeñecen la vida de los individuos e incluso de civilizaciones enteras, lo que significa perversamente que confiar únicamente en las observaciones es una forma segura de que los astrónomos obtengan una visión sesgada de lo que hay ahí fuera. «Puedes imaginar que hay una gran población de estrellas de neutrones binarias que tienen un estallido cada millón de años, pero nunca las verás si sólo observas durante unas pocas décadas», dice El-Badry. «El tiempo de recurrencia no es necesariamente un buen indicador para saber si algo es un agujero negro o una binaria de estrellas de neutrones».

En su defensa, Hailey señala que nunca afirmó que todas las docenas de fuentes puntuales fueran agujeros negros binarios. En cambio, demostró que, dadas las características de las fuentes, eran probables candidatos a agujeros negros, y esto inclina estadísticamente la balanza hacia un enjambre de agujeros negros en el corazón de la Vía Láctea.

«Incluso un puñado de agujeros negros binarios en el centro galáctico implica la existencia de cientos o miles de agujeros negros aislados», afirma.

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Además, tiene críticas para sus detractores, que según él han permitido que los prejuicios corrompan sus propias conclusiones. El análisis de Maccarone y sus colegas, dice Hailey, se basa excesivamente en los datos de las estrellas de neutrones de los cúmulos globulares, que son antiguas agregaciones de estrellas viejas dispersas por nuestra galaxia. Las innumerables diferencias entre los cúmulos globulares, más bien tranquilos, y los entornos llenos de acción del centro galáctico, dice, se acumulan para invalidar las comparaciones entre sus respectivas poblaciones de estrellas de neutrones.

«Una analogía sería que lo que ha hecho Maccarone es intentar extrapolar el número de rascacielos de la ciudad de Nueva York estudiando cuántos observa en los suburbios de Texas», dice Hailey. «Son entornos diferentes, y se obtendrán conclusiones erróneas».

Además, Hailey y sus colegas dicen que están desconcertados sobre por qué Maccarone utilizaría los datos del RXTE, algo anticuados, cuando ahora existen estudios más sensibles de las fuentes de rayos X.

Maccarone responde que «utilizar los datos de seguimiento de rayos X de mayor calidad en la región del centro galáctico no nos ayuda porque no conocemos la naturaleza de las fuentes de rayos X. Requeriría una lógica circular. ¿Son binarias de agujeros negros o de estrellas de neutrones? Ese es precisamente el debate».

Las respuestas esperan:

Por ahora, los enjambres de agujeros negros siguen siendo la explicación dominante para las misteriosas fuentes de rayos X en el corazón de la Vía Láctea, de acuerdo con el legado teórico más extenso de esa hipótesis. La verdad incómoda puede ser que este rompecabezas no tiene una solución única, y una mezcla de agujeros negros y estrellas de neutrones explican las observaciones. «La realidad es que el universo tendría que ser bastante patológico para que hubiera no agujeros negros en el centro de la galaxia y de la misma manera para que haya no estrellas de neutrones», dice Ford.

Es posible que la claridad llegue relativamente pronto. Una versión mejorada de la «próxima generación» del Karl G. Jansky Very Large Array de radiotelescopios de Nuevo México podría comenzar a funcionar a finales de la década de 2020 y resolver el debate. El conjunto será lo suficientemente sensible como para medir las débiles ondas de radio de las fuentes, y una simple comparación entre ellas y las emisiones de rayos X debería discernir si una fuente determinada es una estrella de neutrones o un agujero negro.

«Esta controversia subraya la necesidad de contar con conjuntos de datos astronómicos de múltiples longitudes de onda», afirma Maccarone. «Los datos de rayos X pueden identificar fuentes interesantes, pero ahora necesitamos datos de radio o infrarrojos para resolver el problema».

Para Hailey, el debate en sí mismo es su propia especie de reivindicación, un testimonio del impacto de su artículo de 2018 y su papel, por pequeño que sea, en acercar a los científicos a la verdad. «El artículo ha logrado más de lo que esperaba», dice. «Ha generado un enorme interés teórico y, supongo, más de una pequeña controversia en el camino. Todo ello resulta muy divertido».

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