El descubrimiento de ‘Agujero Negro Mounstroso’ fue incorrecto, pero así es como la ciencia progresa, dicen los científicos

Aparentemente, ese “ monstruo agujero negro ” que los investigadores encontraron no es tan monstruoso después de todo. Pero encontrar errores y trabajar para corregirlos en la forma en que la ciencia avanza.

En un estudio reciente (un estudio revisado por pares publicado el 27 de noviembre ), un equipo de científicos informó el descubrimiento del sistema binario LB-1, que contiene una estrella y, según Según los hallazgos, un compañero de agujero negro 70 veces la masa de nuestro sol . Esta fue una gran noticia, los agujeros negros de masa estelar (agujeros negros formados por el colapso gravitacional de una estrella) son típicamente menos de la mitad de esa masa. Pero si bien el estudio, dirigido por Jifeng Liu, del Observatorio Astronómico Nacional de China (NAOC) de la Academia de Ciencias de China, fue emocionante, también estuvo mal.

Tres nuevos documentos salieron esta semana que reexaminaron los hallazgos del estudio de Liu, y estos estudios dicen que el agujero negro de LB-1 no es realmente tan masivo.

An artist's depiction of the giant stellar-mass black hole LB1 accreting gas from a nearby blue companion star.
Representación artística del sistema binario gigante LB-1. (Crédito de la imagen: YU Jingchuan, Planetario de Beijing, 2019)

Extraños agujeros negros

Masa estelar agujeros negros se identifican típicamente por las brillantes emisiones de rayos X que provienen del gas que los objetos acumulan o extraen de sus estrellas compañeras. Pero el agujero negro visto en LB-1 es “no interactivo”; en otras palabras, no acumula gas de su estrella, por lo que no se puede encontrar a través de emisiones brillantes. Los científicos piensan que hay muchos ejemplos de este tipo de agujero negro en el universo, pero debido a que estos objetos son difíciles de detectar, hay pocas observaciones que muestren cuántos podrían existir.

Entonces, para determinar que el sistema tenía un agujero negro, el equipo de Liu tuvo que encontrar y estudiar el objeto indirectamente, observando el movimiento en el [Doppler de la estrella del sistema y un profundo- línea de emisión roja.

Bajo el fenómeno Doppler, los objetos que se mueven hacia la Tierra aparecen en azul, porque las longitudes de onda de la luz se acortan y en rojo cuando se alejan de nosotros, porque las longitudes de onda se alargan. La línea de emisión, conocida como línea de emisión H-alfa, es una línea espectral o una línea oscura en un espectro. Las líneas espectrales a menudo se usan para identificar átomos o moléculas y esta línea específica es creada por electrones de hidrógeno. El equipo de Liu completó su trabajo bajo la presunción de que esta línea provenía del disco de acreción alrededor del agujero negro.

Al medir los cambios en el desplazamiento Doppler, los investigadores pudieron determinar la velocidad de los objetos y, por lo tanto, su masa. “Si la estrella y el compañero estuvieran acelerando la misma cantidad, eso significaría que tienen la misma masa, y si uno acelera mucho menos, sería mucho más pesado”, Universidad de California, Berkeley, estudiante de doctorado en astronomía Kareem El-Badry , dijo un coautor de uno de los tres artículos que analizan estos resultados. Entonces, al medir el movimiento ondulante de la emisión proveniente (lo que el equipo de Liu asumió era) del agujero negro, el equipo de Liu determinó que la velocidad del agujero negro debe significar que era extremadamente masivo para un agujero negro de masa estelar.

Ahora, si la emisión provenía, de hecho, de un agujero negro y se movía como informaron, eso significaría que había un objeto extremadamente masivo en el sistema, explicó El-Badry.

¿El principal problema con esta conclusión? Resulta que esta línea de emisión, cuyo movimiento sirvió como la evidencia principal para el objeto ultramasivo propuesto, no se movía. De hecho, no se movió en absoluto, encontraron los nuevos documentos que abordan las conclusiones del equipo de Liu.

Una afirmación audaz

Es posible que hayas escuchado hablar en las últimas dos semanas sobre un “imposible” agujero negro de 70 masas solares. En la dosis actual de agua fría, argumentamos que los datos fueron malinterpretados y no hay evidencia de un BH inusualmente masivo. 1 / https://t.co/hWLhvaFK1F pic.twitter.com/FoEPifPegc 10 de diciembre de 2019

El reclamo de un descubrimiento de agujero negro extrañamente masivo golpeó primero a El- Badry como extraño, porque este tipo de agujero negro nunca antes se había observado con tal masa. “Lo primero que pensé cuando salió el periódico es que es una afirmación tan audaz que es mejor que la evidencia sea realmente buena”, dijo El-Badry a Space.com. “Siempre debes tener una mente abierta, pero en este caso, el reclamo fue definitivamente extraordinario y la evidencia fue un poco más inestable”.

El problema principal que encontró El-Badry fue que la línea de emisión solo parecía moverse; en realidad no estaba moviéndose.

El-Badry y Eliot Quataert, profesor de astronomía y física en UC Berkeley, publicaron su análisis el lunes (9 de diciembre) en el servidor de preimpresión arXiv . Su artículo también se ha presentado para su publicación en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Una línea faltante

Entonces, ¿cómo puede una línea de emisión solo “parecer estar en movimiento”? Bueno, resultó que se alineó encima de una línea de absorción, lo que creó la ilusión.

Para comprender la ilusión, primero debe saber qué es una línea de absorción. Las capas atmosféricas externas que rodean a las estrellas sirven como un material absorbente para absorber la luz proveniente de la estrella. Entonces, cuando los investigadores estudian el espectro de la luz proveniente de las estrellas, pueden ver líneas de absorción, que son creadas por átomos en la atmósfera en transición entre estados atómicos.

Con la estrella en LB-1, había una línea de absorción “oculta” por la línea de emisión, dijo El-Badry. Tal situación puede crear la ilusión de que la línea de emisión se está moviendo, produciendo la aparición del cambio Doppler, que El-Badry y los científicos detrás de los otros documentos explicaron y mostraron en los estudios. Simplemente restando la línea de absorción de las mediciones de la línea de emisión, El-Badry y Quataert, que utilizaron los mismos datos para su estudio que el equipo de Liu, encontraron que la línea de emisión no se movía en absoluto.

Sin el movimiento de esta emisión, Todd Thompson, profesor del Departamento de Astronomía de la Universidad Estatal de Ohio, que no participó en ninguno de estos documentos, explicó a Space.com, hay dos posibles interpretaciones O el segundo objeto en el sistema es mucho más masivo de lo que se ha observado (más de 70 masas solares) o, mucho más probable, podría haber un agujero negro de tamaño medio en LB-1 y la línea de emisión proviene en otro lugar, dijo Thompson.

“Hay algo allí. Es solo que probablemente sea solo un agujero negro normal de masa estelar”, Jackie Faherty, científica principal del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York y coanfitrión de ” Radio StarTalk “, dijo a Space.com. Faherty no estuvo involucrado en ninguno de estos documentos.

Sin embargo, debido a que la línea de emisión probablemente no proviene del agujero negro, los investigadores no pueden obtener una estimación súper precisa de la masa del agujero negro. Pero el análisis del equipo de El-Badry sugiere que el agujero negro es más probable entre 5 y 20 masas solares, lo que, como describieron en su artículo, “parece más plausible”.

… reventado?

Han salido dos documentos adicionales que también reexaminan las afirmaciones hechas por el equipo de Liu. Uno, un estudio dirigido por el astrónomo teórico de Nueva Zelanda J.J. Eldridge , que se publicó en arXiv, adoptó un enfoque teórico para analizar el sistema. Los investigadores en ese estudio simularon una gran biblioteca de diferentes tipos de sistemas binarios para ver si los científicos podían encontrar un binario que coincidiera con las observaciones reportadas para LB-1. Encontraron varios que podían, pero ninguno con agujeros negros de 70 masas solares.

El otro estudio , también publicado en arXiv, y dirigido por Michael Abdul-Masih del Instituto de Astronomía de la universidad KU Leuven en Bélgica, tomó una similar acercamiento a El-Badry’s. Sin embargo, en lugar de usar los mismos datos que el equipo de Liu, estos investigadores recolectaron su propio espectro del sistema binario usando un telescopio diferente. También hicieron simulaciones en las que colocaron una línea de absorción debajo de una línea de emisión para ver si la emisión parecía moverse como lo hizo la LB-1. En estas simulaciones, el equipo de Abdul-Masih descubrió que la línea parecía moverse hacia adelante y hacia atrás, proporcionando más evidencia de que la línea de emisión en el sistema solo parece que se está moviendo.

Redención para LB-1

“Parecía un poco demasiado emocionante para ser verdad”, dijo Faherty. Pero, agregó, “esta es también la forma en que progresa la ciencia”.

Faherty enfatizó que “Esto está bien para que suceda este tipo de cosas … Es solo una corrección a un resultado anterior … Está bien tener este tipo de situación”, agregó. “La ciencia avanza y avanza”.

Estos estudios de seguimiento han proporcionado evidencia de que el objeto secundario en LB-1 no es en realidad un agujero negro ultrarare, ultramasivo. Sin embargo, sigue siendo un objeto excepcionalmente interesante y vale la pena estudiarlo más, dijo El-Badry.

Debido a que ha habido tanta atención en el estudio original, incluso con estos análisis de seguimiento, ha aumentado el interés en el estudio del sistema LB-1 y sistemas similares.

Al identificar y estudiar agujeros negros que no interactúan como el asociado con LB-1, los científicos pueden aprender más sobre estos objetos esquivos. Se dice que son comunes en el espacio, son difíciles de detectar, ya que no producen emisiones de rayos X brillantes.

“Es un momento muy interesante para buscar estos agujeros negros que no interactúan, y definitivamente han encontrado un sistema muy interesante”, dijo Thompson. Hay una “población que debe estar fuera de los agujeros negros en los binarios estelares donde no hay interacción activa entre los dos componentes”, agregó.

Además, podría ser interesante si los científicos continúan investigando de dónde proviene exactamente esta línea de emisión de H-alfa. Los documentos que reexaminan LB-1 sugieren “que es posible que el material circumbinario pueda explicarlo, pero es un pequeño misterio … está bien tener algún misterio involucrado en un resultado”, dijo Faherty.

Space.com se comunicó con el equipo de Liu para obtener comentarios, y Liu dijo que “estamos escribiendo un documento para abordar todas estas preocupaciones”. Agregó que su equipo espera que el periódico salga en algún momento la próxima semana.


Chelsea Gohd

@chelsea_gohd
New Scientist