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Nuevos detalles del nacimiento de Cygnus X-1
Redacción
Un equipo de científicos ha revelado nuevos detalles del nacimiento de un famoso agujero negro, Cygnus X-1, ocurrido varios millones de años atrás. El equipo se valió de datos del Observatorio de Rayos X Chandra de NASA, así como de datos aportados por otros medios de observación terrestres y espaciales.
ás de tres décadas atrás, Stephen Hawking jugó –y eventualmente perdió– una apuesta sobre la existencia de un agujero negro en la posición de Cygnus X-1. Hoy, los astrónomos casi no tienen dudas de que se trata de un sistema binario que contiene a un agujero negro, y con estos últimos estudios, los astrónomos ahora tienen valores precisos para la masa, el espín y la distancia desde la Tierra de Cygnus X-1.

“Esta nueva información nos da fuertes indicios sobre cómo nació el agujero negro, cuánto pesó y cuán rápido estaba girando”, dice el autor Mark Reid del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) en Cambridge, Massachusetts. “Esto es excitante porque del nacimiento de los agujeros negros no se sabe mucho”.

Reid es el autor principal de uno de los tres ‘papers’ que detallan los últimos estudios sobre Cygnus X-1. Los autores principales de los otros papers son Jerome Orosz de la San Diego State University y Lijun Gou, también del CfA. Cygnus X-1 es un agujero negro de masa estelar, un tipo de agujero negro que se forma por el colapso de una estrella masiva. En este caso, el agujero negro orbita de cerca a una masiva estrella azul.

Al emplear datos del Chandra, del ‘Rossi X-ray Timing Explorer’, y del ‘Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics’, los científicos pudieron determinar el espín de Cygnus X-1 con gran precisión, demostrando que el agujero negro está girando muy cerca de su velocidad angular máxima. Su Horizonte de Sucesos –el punto de no retorno para la materia que cae hacia el agujero negro– está rotando a 800 revoluciones por segundo.

Un estudio independiente en el que se compara la historia de la evolución de la estrella compañera de Cygnus X-1, con modelos teóricos, indica que el agujero negro nació unos 6 millones de años atrás. En este intervalo de tiempo relativamente breve (en términos astronómicos), el agujero negro no podría haber atraído hacia sí suficiente gas como para incrementar mucho su espín. De esto se infiere que Cygnus X-1 nació probablemente ya rotando muy rápidamente.

Gracias a las observaciones ópticas de la estrella compañera y del análisis de su movimiento en torno a su compañero invisible, el equipo hizo la determinación más precisa hasta ahora de la masa de Cygnus X-1, resultando un valor de 14,8 veces la masa del Sol. Es probable que al nacer, Cygnus X-1 haya tenido una masa similar al valor actual, debido a la falta de tiempo para crecer considerablemente.

“Ahora sabemos que Cygnus X-1 es uno de los agujeros negros estelares más masivos en la Galaxia”, dijo Orosz. “Y, está girando más rápido que cualquier otro agujero negro que hayamos visto”.

El conocimiento de la masa, el espín y la carga proporciona una descripción completa de un agujero negro, de acuerdo al llamado ‘Teorema de la no existencia de pelo’. Esta teoría postula que toda otra información aparte de estos parámetros se pierde para siempre al formarse el agujero negro. La carga de un agujero negro astronómico se espera que sea casi cero, por lo que sólo la masa y espín son necesarios para su caracterización.
Cygnus X-1
El sistema binario Cygnus X-1 está localizado cerca de grandes regiones activas de formación de estrellas. El agujero negro se alimenta de la materia que arranca de su compañera, una masiva estrella azul. La materia se arremolina entonces alrededor del agujero negro, formando el denominado disco de acreción (mostrado en rojo y anaranjado en la ilustración). Buena parte de este material cae hacia el centro, aunque es posible que una fracción no sea tragada por el objeto central, sino que sea expulsada del sistema en forma de dos chorros colimados –con un ángulo de apertura pequeño– de partículas o jets.
(NASA/CXC/M. Weiss) Click para ampliar!
“Para mí, es asombroso que tengamos una descripción completa de este objeto que tiene el tamaño de un asteroide, y que se encuentra a miles de años luz de distancia”, dijo Gou. “Esto significa que los astrónomos tienen un conocimiento más completo de este agujero negro que cualquier otro en nuestra Galaxia”.

Los científicos también anunciaron que habían podido realizar la estimación más precisa hasta ahora de la distancia a la que se encuentra Cygnus X-1, gracias a las capacidades del ‘Very Long Baseline Array’ (VLBA) del National Radio Observatory, en los EEUU. La nueva estimación para la distancia Tierra-Cygnus X-1 es de unos 6070 años luz. El conocimiento muy preciso de la distancia, fue un elemento clave para la correcta determinación de la masa y el espín de Cygnus X-1.

Las observaciones de radio también precisaron el movimiento de Cygnus X-1 en el espacio, por lo que se pudo determinar la velocidad y la posición en 3D del agujero negro.

Este trabajo demostró que Cygnus X-1 se está moviendo muy lentamente con respecto a la Vía Láctea, lo cual implica que no recibió una gran ‘patada’ o impulso al nacer. Esto refuerza una idea previa según la cual Cygnus X-1 no nació de una supernova, sino que se debe haber formado al colapsar una estrella sin una explosión. El objeto progenitor de Cygnus X-1 fue probablemente una estrella extremadamente masiva, que inicialmente tenía una masa superior a 100 veces la del Sol, antes de perderla en un vigoroso viento estelar.

En 1974, poco después de que Cygnus X-1 se convirtiera en un buen candidato para ser un agujero negro, Stephen Hawking hizo una apuesta con un colega suyo, el astrofísico Kip Thorne, del California Institute of Technology, de que Cygnus X-1 no contenía ningún agujero negro. En su célebre ‘Historia del Tiempo’, Hawking diría al respecto: “Se trata de una especie de póliza de seguros para mí. He realizado una gran cantidad de trabajos sobre agujeros negros, y estaría todo perdido si resultara que los agujeros negros no existen. Pero en este caso, tendría el consuelo de ganar la apuesta, que me proporcionaría recibir la revista ‘Private Eye’ durante cuatro años. Si los agujeros negros existen, Kip obtendrá una suscripción a la revista ‘Penthouse’ para un año”.

Hacia 1990, sin embargo, se había realizado una gran cantidad de trabajo que reforzaba la hipótesis de que Cygnus X-1 era efectivamente un agujero negro. Ante estas evidencias, Hawking no tuvo otra opción que reconocer que había perdido la apuesta.

“Por cuarenta años, Cygnus X-1 ha sido el ejemplo emblemático de la existencia de los agujeros negros. Sin embargo, a pesar del reconocimiento de Hawking, nunca he estado completamente convencido de que exista allí un agujero negro –hasta ahora”, dijo Thorne. “Los datos y la modelización que se describen en estos tres documentos, proporcionan por fin una descripción completa y definitiva de este sistema binario”.
Imagen de rayos X de Cygnus X-1
Un equipo de científicos ha combinado datos de radiotelescopios y de diversos telescopios ópticos y de rayos X (incluido el Chandra), para determinar el giro o espín del agujero negro, su masa, y la distancia a la que se encuentra con la mejor precisión lograda hasta ahora. Con esta información clave, la historia del
agujero negro ha podido ser reconstruida.
Esta es una imagen de rayos X de Cygnus X-1, obtenida por el Observatorio de Rayos X Chandra de NASA. (NASA/CXC)
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Mendoza, Argentina, 08 de Febrero de 2012.
 
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