Un cúmulo de estrellas que se esparce por el cielo puede tener un secreto escondido en su corazón: un enjambre de más de 100 agujeros negros de masa estelar.
Impresión artística de los agujeros negros en un cúmulo. (ESA/Hubble, N. Bartmann).
Si este hallazgo puede ser validado, explicará cómo el cúmulo llegó a ser como es, con sus estrellas espaciadas a años luz de distancia, extendiéndose a lo largo de 30.000 años luz.
El cúmulo de estrellas en cuestión se llama Palomar 5 y se encuentra a unos 80.000 años luz de distancia, en la constelación de Serpens. Estos cúmulos globulares a menudo se consideran «fósiles» del universo temprano. Son muy densos y esféricos, por lo general contienen aproximadamente entre 100.000 y 1 millón de estrellas muy viejas; algunos, como NGC 6397, son casi tan antiguos como el propio cosmos.
Corrientes estelares
En cualquier cúmulo globular, todas sus estrellas se formaron al mismo tiempo, a partir de la misma nube de gas. La Vía Láctea tiene alrededor de 150 cúmulos globulares conocidos; estos objetos son excelentes herramientas para estudiar, por ejemplo, la historia del universo o el contenido de materia oscura de las galaxias que orbitan.
Pero hay otro tipo de grupo de estrellas que está ganando más atención: corrientes de marea, largos ríos de estrellas que se extienden por el cielo. Anteriormente, estos habían sido difíciles de identificar, pero con el observatorio espacial Gaia trabajando para mapear la Vía Láctea con alta precisión en tres dimensiones, más de estas corrientes han salido a la luz.
Mapa del plano de la Vía Láctea obtenido a partir de los datos del catálogo de Gaia (eDR3). En la parte superior se muestra una región donde se observa el cúmulo estelar de Palomar 5. Imagen: E. Balbinot, Gaia, Decal-DESI.
«No sabemos cómo se forman estas corrientes, pero una idea es que son cúmulos estelares interrumpidos», explicó el astrofísico Mark Gieles del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB) en España.
«Sin embargo, ninguna de las corrientes descubiertas recientemente tiene un cúmulo de estrellas asociado a ellas, por lo que no podemos estar seguros. Entonces, para entender cómo se formaron estas corrientes, necesitamos estudiar una con un sistema estelar asociado. Palomar 5 es el único caso, lo que la convierte en una piedra de Rosetta para comprender la formación de corrientes y es por eso que la estudiamos en detalle», agregó.
Población de agujeros negros
Palomar 5 parece único porque tiene una distribución muy amplia y suelta de estrellas y una corriente de marea larga, que abarca más de 20 grados del cielo, por lo que Gieles y su equipo se centraron en él.
El equipo utilizó simulaciones detalladas de n-cuerpos para recrear las órbitas y evoluciones de cada estrella en el cúmulo, para ver cómo podrían haber terminado donde están hoy.
Dado que la evidencia reciente sugiere que podrían existir poblaciones de agujeros negros en las regiones centrales de los cúmulos globulares, y dado que se sabe que las interacciones gravitacionales con los agujeros negros hacen que las estrellas se alejen, los científicos incluyeron agujeros negros en algunas de sus simulaciones.
Sus resultados mostraron que una población de agujeros negros de masa estelar dentro de Palomar 5 podría haber resultado en la configuración que vemos hoy. Las interacciones orbitales habrían lanzado a las estrellas fuera del cúmulo y dentro de la corriente de marea, pero solo con un número significativamente mayor de agujeros negros de lo previsto.
Las estrellas que escapan del cúmulo de manera más eficiente y rápida que los agujeros negros habrían alterado la proporción de agujeros negros, elevándola bastante.
«El número de agujeros negros es aproximadamente tres veces mayor de lo esperado por el número de estrellas en el cúmulo, y significa que más del 20 por ciento de la masa total del cúmulo está formado por agujeros negros», dijo Gieles. «Cada uno tiene una masa de unas 20 veces la masa del Sol, y se formaron en explosiones de supernovas al final de la vida de las estrellas masivas, cuando el cúmulo era aún muy joven».
El futuro del cúmulo
De acuerdo a las simulaciones del equipo, en alrededor de mil millones de años el cúmulo se disolverá por completo. Justo antes de que esto suceda, lo que quede de él consistirá enteramente en agujeros negros, orbitando el centro galáctico. Esto sugiere que Palomar 5 no es único, después de todo, se disolverá completamente en una corriente estelar, al igual que otros que hemos descubierto.
El investigador del ICCUB Mark Gieles. Imagen: ICCUB.
También sugiere que otros cúmulos globulares probable y eventualmente compartirán el mismo destino. Y ofrece la confirmación de que los cúmulos globulares pueden ser lugares excelentes para buscar agujeros negros que eventualmente colisionarán, así como la elusiva clase de agujeros negros de peso medio, entre pesos ligeros de masa estelar y pesos pesados supermasivos.
«Se cree que una gran fracción de las fusiones binarias de agujeros negros se forman en cúmulos de estrellas», señaló el astrofísico Fabio Antonini de la Universidad de Cardiff en el Reino Unido.
«Una gran incógnita en este escenario es cuántos agujeros negros hay en los cúmulos, lo cual es difícil de restringir observacionalmente porque no podemos ver los agujeros negros. Nuestro método nos da una manera de saber cuántos agujeros negros hay en un cúmulo de estrellas al mirar las estrellas que expulsan», concluyó.
La investigación ha sido publicada en Nature Astronomy.
Fuente: ScienceAlert. Edición: MP.
Un enjambre completo de agujeros negros se está moviendo a través de nuestra galaxia