Confirman la existencia de un agujero negro desde el GTC con una masa cinco veces mayor que el Sol

Lo intuían, pero hasta ahora no habían podido confirmarlo. Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han descubierto la existencia de un agujero negro de más de 5,4 veces la masa del Sol en el sistema binario de rayos X XTE J1859+226. Las observaciones realizadas desde el Gran Telescopio Canarias (GTC), que ha logrado obtener los primeros espectros que se publican de este sistema binario, han sido determinantes en el hallazgo.

Las binarias de rayos X son sistemas estelares compuestos por un objeto compacto (que puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro) y una estrella "normal". El objeto compacto arranca materia de la estrella y la incorpora lentamente a su propia masa a través de un disco que se forma en torno a él. A este proceso se le conoce con el nombre de acreción. Tan sólo se conocen unas 20 binarias con agujero negro de una población estimada de unas 5.000 en la Vía Láctea.

En concreto, XTE J1859+226 es una binaria de rayos X transitoria que se encuentra en la constelación de Vulpecula. Fue descubierta por el satélite RXTE durante una erupción registrada en 1999.

"Las binarias transitorias de rayos X se caracterizan por estar la mayor parte de su vida en un estado de quietud, entrando ocasionalmente en erupción, un momento en el que el ritmo de acreción de materia sobre el agujero negro se dispara", explica el astrofísico del IAC Jesús Corral-Santana, que lidera el trabajo que publica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Tanto las estrellas de neutrones como los agujeros negros son los restos que deja una estrella masiva al morir. La mayor parte de las estrellas de neutrones conocidas tienen masas en torno a 1,4 veces la masa del Sol, aunque en unos pocos casos se han medido valores superiores de hasta dos veces la masa del Sol. Los astrónomos creen que a partir de unas tres masas solares las estrellas de neutrones no son estables y colapsan formando un agujero negro.

Para Corral-Santana, "medir la masa de los objetos compactos es determinante   para saber de qué tipo de objeto se trata. Si tiene más de tres veces la masa del Sol, sólo puede ser un agujero negro. Nosotros hallamos que XTE J1859+226 tiene un agujero negro de más de 5,4 veces la masa solar. Es la confirmación definitiva de la existencia de un agujero negro en este objeto".

"Con este resultado añadimos una pieza más al estudio de la distribución de masas de agujeros negros. La forma de esta distribución tiene implicaciones muy importantes en nuestro conocimiento sobre la muerte de estrellas masivas, la formación de agujeros negros y la evolución de los sistemas binarios de rayos X", añade el astrofísico del IAC.

Doce años de observación: medir lo visible y lo invisible

El equipo de astrofísicos del IAC no había perdido de vista el objeto desde que entró en erupción en 1999, cuando comenzaron a realizar campañas de observación para seguir su evolución. Los investigadores han combinado las mediciones fotométricas del Isaac Newton Telescope (INT), el William Herschel Telescope (WHT) del año 2000 y las del Nordic Optical Telescope (NOT) de 2008, con los espectros realizados con el GTC en 2010, los primeros publicados de este objeto.

"Debido al bajo brillo del sistema observado, necesitábamos telescopios de 10 metros para poder obtener espectros. En este sentido, haber podido observar desde el GTC ha resultado determinante", subraya Corral-Santana.

Las mediciones en el GTC se realizaron con el instrumento OSIRIS, que puede utilizarse como cámara o espectrógrafo en el rango visible. El espectrógrafo descompone la luz que emite una estrella en sus distintas frecuencias y permite detectar líneas correspondientes a los distintos elementos químicos presentes en su atmósfera. Estas líneas aportan información sobre las propiedades físicas de la estrella y su movimiento.

Las medidas fotométricas permitieron determinar el período orbital de la binaria (6.6 horas) mientras que los espectros proporcionaron, además, información sobre la velocidad de la estrella alrededor del agujero negro. La combinación de estos dos parámetros resultó imprescindible para calcular la masa del agujero negro.

El Gran Telescopio Canarias (GTC), ubicado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), constituye el mayor telescopio óptico-infrarrojo del mundo, con un espejo de 10,4 metros de diámetro.