Una 'nueva especie' en la galaxia: descubren un misterioso objeto cósmico que no encaja con nada conocido

Los astrónomos, capitaneados por Ewan Barr y Arunima Dutta, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn, utilizaron el radiotelescopio MeerKAT, una matriz de 64 antenas de 13,5 metros cada una distribuidas en un radio de 4 km en Karoo, Sudáfrica. Con este excepcional instrumento, hallaron al misterioso objeto orbitando alrededor de un púlsar de milisegundos en rápida rotación (más de 270 veces por segundo), a unos 40.000 años luz de distancia de la Tierra y en el interior de un cúmulo globular, un denso grupo de estrellas extremadamente cerca unas de otras. El púlsar y su misterioso compañero están separados por apenas 8 millones de km y se orbitan una vez cada siete días.

Los púlsares son un tipo de estrella de neutrones, el núcleo compacto de lo que una vez fue una estrella grande y brillante, de apenas unos pocos km de diámetro pero de extraordinaria densidad. La particularidad de los púlsares es que giran rápidamente sobre sí mismos, a menudo varias veces por segundo, y a un ritmo tan constante e invariable (más que muchos relojes atómicos) que los científicos los utilizan a menudo para sus cálculos y mediciones.

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De este modo, y utilizando los precisos 'tics' del púlsar, catalogado como PSR J0514-4002E, los autores del artículo demostraron que el objeto que tiene en órbita se encuentra en la llamada 'brecha de masa de los agujeros negros', un rango de masas en los que nunca se había hallado un agujero negro. Los científicos creen que podrían estar ante el primer descubrimiento de un sistema binario formado por un púlsar y un agujero negro. Algo que se persigue sin éxito desde hace décadas y que permitiría someter a nuevas pruebas la relatividad general de Einstein y profundizar en el estudio de los agujeros negros y su naturaleza.

Ben Stappers, de la Universidad británica de Manchester y líder del proyecto en Reino Unido, afirma que «cualquier posibilidad para la naturaleza del objeto compañero es apasionante. Un sistema púlsar-agujero negro es un objetivo importante para probar las teorías de la gravedad, pero si estamos ante una estrella de neutrones pesada, proporcionará nuevos conocimientos en física nuclear a densidades muy altas».

En general, cuando una estrella de neutrones se hace demasiado masiva, cosa que sucede cuando se fusiona con otra estrella o absorbe masa de una compañera, su destino será el colapso. ¿Pero en qué se convierten después de colapsar? La respuesta, hoy por hoy desconocida, es motivo de especulaciones y debates en la comunidad científica, aunque la idea más extendida es que podrían convertirse en agujeros negros.

Los astrónomos, sin embargo, creen que la masa necesaria para que una estrella de neutrones colapse equivale a 2,2 veces la del Sol. Y resulta que los agujeros negros más pequeños creados por esos colapsos son mucho más grandes, del orden de cinco masas solares, por lo que el objeto recién observado entra de lleno en la citada 'brecha de masa de los agujeros negros'.

Hasta ahora, los científicos desconocían qué tipo de objetos compactos podrían existir en esa 'brecha'. De lo que estaban seguros es de que no podían ser ni estrellas de neutrones ni agujeros negros. Por eso el descubrimiento de este nuevo objeto resulta tan importante. Podría tratarse, de hecho, de una 'nueva especie' de objeto compacto, para añadir a las ya conocidas que pueblan nuestra galaxia.

El hallazgo se realizó mientras los investigadores observaban un cúmulo globular de estrellas conocido como NGC 1851 ubicado en la constelación austral de Columba, utilizando el telescopio MeerKAT.

NGC 1851 es una densa colección de estrellas muy antiguas que viven mucho más 'apretadas' que las del resto de la galaxia. El lugar está tan poblado que las estrellas pueden interactuar entre sí, alterando sus órbitas y, en los casos más extremos, colisionando. Los astrónomos creen que fue precisamente una de esas colisiones la que creó el inusual objeto descubierto alrededor del púlsar.

El púlsar, por su parte, gira más de 170 veces por segundo, y en cada rotación produce un 'pulso' rítmico, como el tic tac de un reloj, pero tan increíblemente regular que permitió a los investigadores llevar a cabo mediciones extremadamente precisas de su movimiento orbital.

«Piense en ello como si fuera capaz de colocar un cronómetro casi perfecto en órbita alrededor de una estrella a casi 40.000 años luz de distancia y luego poder cronometrar esas órbitas con una precisión de microsegundos», explica Ewan Barr, codirector del estudio junto a Arunima Dutta, ambos del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

Esa sincronización tan regular también permitió una medición muy precisa de la ubicación del sistema, mostrando que el objeto en órbita del púlsar no era una estrella normal, sino un remanente extremadamente denso de una estrella colapsada, pero cuya masa no encajaba ni con una estrella de neutrones ni con un agujero negro, sino que se situaba, directamente, en la brecha de masa de los agujeros negros.

Aunque los investigadores no han podido decir de forma concluyente si han descubierto la estrella de neutrones más masiva que se conoce, el agujero negro más ligero, o incluso alguna otra nueva variante de estrella exótica, lo que es seguro es que su hallazgo constituye un laboratorio único para sondear las propiedades de la materia bajo las condiciones más extremas del Universo.

En palabras de Dutta, «aún no hemos terminado con este sistema. Descubrir la verdadera naturaleza de la compañera del púlsar supondrá un punto de inflexión en nuestra comprensión de las estrellas de neutrones, los agujeros negros y cualquier otra cosa que pueda estar al acecho en la brecha de masa de los agujeros negros».