noticias de la nasa y el espacio

ARRIBA VIDEO: Detectando agujeros negros con microlentes gravitacionales

El telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA proporcionará una ventana sin precedentes al universo infrarrojo cuando se lance a mediados de la década de 2020.

Uno de los estudios planificados de la misión utilizará una peculiaridad de la gravedad para revelar miles de nuevos planetas más allá de nuestro sistema solar. El mismo estudio también será la mejor oportunidad hasta la fecha para detectar definitivamente pequeños agujeros negros solitarios por primera vez.

Formados cuando una estrella con más de 20 masas solares agota el combustible nuclear en su núcleo y colapsa por su propio peso, estos objetos se conocen como agujeros negros de masa estelar.

Los agujeros negros tienen una gravedad tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar de sus garras. Dado que son invisibles, solo podemos encontrar agujeros negros indirectamente, al ver cómo afectan su entorno.

Los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias, que contienen millones de veces la masa del Sol, interrumpen las órbitas de las estrellas cercanas y, a veces, las destrozan con consecuencias visibles.

Pero los astrónomos creen que la gran mayoría de los agujeros negros de masa estelar, que son mucho más ligeros, no tienen nada a su alrededor que pueda indicar su presencia.

Roman encontrará planetas en toda nuestra galaxia observando cómo su gravedad distorsiona la luz de las estrellas distantes, y dado que los agujeros negros de masa estelar producen los mismos efectos, la misión también debería poder encontrarlos.

Esta animación ilustra el concepto de una microlente gravitacional con un agujero negro.

Cuando el agujero negro parece pasar casi por delante de una estrella de fondo, los rayos de luz de la estrella se doblan a medida que viajan a través del espacio-tiempo deformado alrededor del agujero negro.

«Los astrónomos han identificado hasta ahora unos 20 agujeros negros de masa estelar en la Vía Láctea, pero todos tienen un compañero que podemos ver», dijo Kailash Sahu, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore.

“Muchos científicos, incluyéndome a mí, hemos pasado años tratando de encontrar agujeros negros por su cuenta utilizando otros telescopios. Es emocionante que con Roman finalmente sea posible.

Hacer un agujero negro

Las estrellas parecen balizas eternas, pero cada una nace con un suministro limitado de combustible. Las estrellas pasan la mayor parte de su vida transformando el hidrógeno de su centro en helio, lo que genera una enorme cantidad de energía.

Este proceso, llamado fusión nuclear, es como una explosión controlada: un tira y afloja finamente equilibrado entre la presión exterior y la gravedad.

Pero a medida que el combustible de una estrella se agota y la fusión se ralentiza, la gravedad se hace cargo y el núcleo de la estrella se contrae. Esta presión interna calienta el núcleo y desencadena un nuevo ciclo de fusión, que produce tanta energía que las capas externas de la estrella se expanden.

La estrella aumenta de tamaño, su superficie se enfría y se convierte en una gigante roja o supergigante. El tipo de cadáver estelar que finalmente queda depende de la masa de la estrella.

Cuando una estrella similar al Sol se queda sin combustible, eventualmente expulsa sus capas externas y solo queda un pequeño núcleo caliente llamado enana blanca. La enana blanca desaparecerá con el tiempo, como las brasas moribundas de un fuego que alguna vez rugió.

A nuestro Sol le quedan unos cinco mil millones de años de combustible.

Las estrellas más masivas se calientan más rápido, por lo que gastan su combustible más rápido. Por encima de unas ocho veces la masa del Sol, la mayoría de las estrellas están condenadas a morir en explosiones cataclísmicas llamadas supernovas antes de que se conviertan en agujeros negros.

En las masas más altas, las estrellas pueden explotar y colapsar directamente en agujeros negros.

Los núcleos de estas estrellas masivas colapsan hasta que sus protones y electrones chocan para formar neutrones.

Si el núcleo restante pesa menos de aproximadamente tres masas solares, el colapso se detiene allí, dejando atrás una estrella de neutrones. Para los núcleos más grandes restantes, incluso los neutrones no pueden soportar la presión y el colapso continúa formando un agujero negro.

Millones de estrellas masivas han pasado por este proceso y ahora acechan por toda la galaxia como agujeros negros.

Los astrónomos creen que debería haber alrededor de 100 millones de agujeros negros de masa estelar en nuestra galaxia, pero solo hemos podido encontrarlos cuando afectan significativamente su entorno. Los astrónomos pueden inferir la presencia de un agujero negro cuando se forman discos de acreción calientes y brillantes a su alrededor, o cuando ven estrellas en órbita alrededor de un objeto masivo pero invisible.

«Roman revolucionará nuestra búsqueda de agujeros negros porque nos ayudará a encontrarlos incluso si no hay nada cerca», dijo Sahu. «La galaxia debería estar llena de estos objetos».

Ver lo invisible

Roman utilizará principalmente una técnica llamada microlente gravitacional para descubrir planetas más allá de nuestro sistema solar. Cuando un objeto masivo, como una estrella, pasa a una estrella más alejada de nuestra perspectiva, la luz de la estrella más lejana se doblará a medida que viaja a través del espacio-tiempo curvo que la rodea.

El resultado es que la estrella más cercana actúa como una lente natural, magnificando la luz de la estrella de fondo. Los planetas que orbitan alrededor de la estrella de la lente pueden producir un efecto similar en una escala más pequeña.

Además de iluminar una estrella de fondo, un objeto de lente más masivo puede distorsionar tanto el espacio-tiempo que cambia notablemente la posición aparente de la estrella distante en el cielo.

Este cambio de posición, llamado microlente astrométrico, es extremadamente pequeño, solo alrededor de un milisegundo de arco. Es como distinguir un movimiento tan pequeño como de un cuarto de ancho en lo alto del Empire State Building en la ciudad de Nueva York de Los Ángeles.

Al utilizar la exquisita resolución espacial de Roman para detectar un movimiento aparente tan pequeño, el signo revelador de un agujero negro masivo, los astrónomos podrán limitar la masa, la distancia y el movimiento del agujero negro a través de la galaxia.

Las señales de microlentes son tan raras que los astrónomos tienen que monitorear cientos de millones de estrellas durante largos períodos de tiempo para captarlas.

Los observatorios deben poder rastrear la posición y el brillo de la estrella de fondo con mucha precisión, lo que solo se puede hacer por encima de la atmósfera de la Tierra.

La ubicación de Roman en el espacio y su enorme campo de visión nos brindarán la mejor oportunidad hasta ahora para sondear la población de agujeros negros de nuestra galaxia.

«Los agujeros negros de masa estelar que hemos descubierto en sistemas binarios tienen propiedades extrañas en comparación con lo que esperaríamos», dijo Sahu.

“Son unas 10 veces más masivas que el Sol, pero creemos que deberían cubrir un rango mucho más amplio, entre tres y 80 masas solares. Al hacer un censo de estos objetos, Roman nos ayudará a comprender mejor la agonía de las estrellas.

HAGA CLIC AQUÍ PARA LAS NOTICIAS DEL CONDADO DE BREVARD