En cuanto a los agujeros negros, hay dos categorías: los supermasivos que viven en el centro de las galaxias (y no estamos seguros de cómo llegaron allí) y los de masa estelar que se formaron a través de las supernovas que acaban con la vida de estrellas masivas. .
Antes de la llegada de los detectores de ondas gravitacionales, el agujero negro de masa estelar más pesado que conocíamos tenía sólo un poco más de una docena de veces la masa del Sol. Y esto tiene sentido, dado que la violencia de las explosiones de supernovas que forman estos agujeros negros garantiza que sólo una fracción de la masa de la estrella moribunda se transfiera a su descendencia oscura. Pero entonces los datos de ondas gravitacionales comenzaron a llegar y descubrimos que había muchos agujeros negros más pesados, con masas docenas de veces la del Sol. Pero sólo pudimos encontrarlos cuando chocaron contra otro agujero negro.
Ahora, gracias a la misión Gaia, tenemos evidencia observacional del agujero negro más grande de la Vía Láctea fuera del supermasivo, con una masa 33 veces la del Sol. Y, en términos galácticos, está justo al lado, a unos 2.000 años luz de distancia, lo que significa que será relativamente fácil aprender más.
Mapeando las estrellas
Aunque los agujeros negros de masa estelar tienen varias veces la masa del Sol, en realidad no son tan pesados en el gran esquema de las cosas. Los tipos de estrellas que tienden a dejar agujeros negros también tienden a llevar existencias violentas, arrojando mucho de sí mismas al espacio antes de morir. Y la supernova que forma el agujero negro obviamente expulsa gran parte de la masa de la estrella, en lugar de alimentarla al agujero negro. Se pensaba que estos procesos establecían límites sobre el tamaño que podría tener un agujero negro de masa estelar cuando se forma.
El descubrimiento de agujeros negros más grandes mediante detectores de ondas gravitacionales sugirió que esto no era cierto. Si bien hay formas de que los agujeros negros crezcan después de formarse (alimentación excesiva, fusiones), no estaba claro que estos eventos ocurrieran con suficiente frecuencia como para explicar la frecuencia de los agujeros negros pesados que estábamos viendo. Y detectarlos mediante ondas gravitacionales no nos dice nada sobre la historia de cómo llegaron a ser tan grandes.
Es por eso que el descubrimiento de Gaia BH3 (que es lo que el equipo de investigación está utilizando para evitar tener que volver a escribir Gaia DR3 4318465066420528000 todo el tiempo) es tan intrigante. El agujero negro se encuentra tranquilamente en un sistema binario, sin hacer nada en particular. Pero sabemos que está ahí debido a su influencia gravitacional.
Gaia es una misión de la ESA para mapear la ubicación y el movimiento de muchas de las estrellas más brillantes de la Vía Láctea tomándolas varias veces desde diferentes perspectivas. También recopila datos básicos sobre la luz de las estrellas, lo que nos permite estimar aspectos como la edad y la composición. Y, además de su movimiento a través de la galaxia, Gaia puede medir su movimiento relativo a la Tierra, un método que resulta útil para la detección de interacciones orbitales, como la presencia de estrellas compañeras o exoplanetas.
El equipo de Gaia estaba ocupado preparándose para la cuarta publicación de los datos de la nave espacial y estaba realizando pruebas de validación del software utilizado para detectar sistemas estelares binarios cuando se toparon con Gaia BH3. Aunque normalmente publicarían su descubrimiento al mismo tiempo que la publicación de los datos, consideran que el nuevo objeto es demasiado importante como para esperar: «Dimos el paso excepcional de publicar este artículo basado en datos preliminares antes del DR4 oficial debido a la naturaleza única del descubrimiento, que creemos no debe ocultarse a la comunidad científica hasta la próxima publicación».
Encontrar lo invisible
Cada estrella de nuestra galaxia está en movimiento con respecto a las demás. Orbitan el centro de nuestra galaxia y pueden tener una historia que les haya impartido un impulso adicional: interacciones gravitacionales con vecinos, haber sido parte de una galaxia más pequeña que fue consumida por la Vía Láctea, etc. Pero ese movimiento sólo cambia en escalas de tiempo muy largas. Por el contrario, cualquier estrella en órbita experimenta cambios regulares en su movimiento además de su viaje general a través de la galaxia. Como parte del procesamiento de sus datos, el equipo de Gaia intenta identificar tanto el movimiento general como cualquier indicio de que una estrella está orbitando como parte de un sistema binario.
La estrella que orbita Gaia BH3 tiene una masa similar a la del Sol, pero muestra el tipo de oscilaciones periódicas que indican que está en una órbita mutua con una compañera. El compañero en sí, sin embargo, era completamente invisible, lo que significa que es casi seguro que se trata de un agujero negro (los datos de Gaia ya se habían utilizado para identificar agujeros negros de esta manera). Y, basándose en la masa y el movimiento orbital de la estrella visible, es posible estimar la masa de su compañera invisible.
La estimación terminó siendo 32 masas solares, que es significativamente mayor que cualquier otra cosa identificada en el conjunto de datos de Gaia. Entonces, el equipo de Gaia quiso confirmar que no se trataba de un problema de software y utilizó telescopios terrestres para observar el mismo sistema. Tres observatorios diferentes confirmaron que estaba allí, y las estimaciones de masa resultantes fueron ligeramente mayores que las derivadas únicamente de los datos de Gaia: poco menos de 33 masas solares.
Suponiendo que se trata de un solo objeto y no de dos agujeros negros que orbitan estrechamente entre sí, eso lo convierte en el agujero negro no supermasivo más grande conocido en la Vía Láctea. Y lo sitúa en un rango de masas que había sido difícil de explicar mediante formaciones en supernovas.