No hay casos observados directamente en los que pueda decir con certeza que tal sistema existe, no que yo sepa.
De hecho, no hay casos completamente concluyentes de agujeros negros observados en los sistemas binarios, aunque hay una serie de buenos candidatos en nuestra galaxia.
Tomemos el más famoso de estos ejemplos donde se cree que un agujero negro está casi seguramente presente, en un sistema binario, y analicemos la evidencia. Se llama Cygnus X-1. Aquí están las observaciones directas y los argumentos que recuerdo:
- ¿Qué pasaría si apareciera un agujero negro en nuestro sistema solar?
- ¿Cuál es la causa de los chorros en los agujeros negros y las estrellas de neutrones?
- ¿La vida útil de un agujero negro se extiende significativamente a un observador externo debido a la dilatación del tiempo?
- ¿Cómo se rompería la relatividad en el horizonte de un agujero negro si se confirman los ecos encontrados en los datos de LIGO?
- ¿Podría ser que exista alguna fuerza repelente no descubierta (como la gravedad, solo opuesta) cuando la densidad de la materia se eleva realmente como en los agujeros negros?
- Cygnus X-1 es una fuerte fuente de rayos X.
- Existe una fuente de radio fuerte en la misma dirección general y se ha asociado con una estrella supergigante azul con la designación HD226868.
- Las mediciones de desplazamiento Doppler de la velocidad radial de la estrella se usaron para establecer que HD226868 es parte de un sistema binario, con un período de 5.6 días.
- El análisis de las observaciones de rayos X indicó que la emisión fluctúa en escalas de tiempo muy cortas, tan cortas como 1 milisegundo, y que también comparte la periodicidad de 5,6 días.
- Esto permite establecer un límite en el tamaño de la fuente de rayos X. Debe tener menos de unos cientos de kilómetros de diámetro. Entonces, hay un objeto muy compacto allí, ya sea una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro y de él salen rayos X.
- A partir del espectro y la luminosidad de la supergigante azul HD226868, se puede estimar su masa, suponiendo que es una supergigante azul “normal”. La masa se coloca primero entre 20 y 40 masas solares.
- A partir de las leyes de Kepler y la no observación de eclipses en el sistema, la masa del compañero invisible puede estimarse dentro de un cierto rango, ya que no conocemos exactamente la orientación del plano orbital con respecto a nosotros.
- La masa del objeto compacto sale entre 5 y 10 masas solares.
- Esta masa es demasiado alta para que exista una estrella de neutrones bajo cualquier supuesto realista sobre la ecuación de estado.
- Entonces, el compañero compacto en Cygnus X-1 debe ser un agujero negro.
Ahora encuentro que todo esto es una evidencia bastante convincente de un agujero negro, pero sigue siendo un argumento indirecto. Hay muchas incertidumbres involucradas allí.
Hay varios sistemas candidatos más en nuestra galaxia. No los describiré a todos. También hay muchas fuentes de rayos X en los sistemas binarios.
Los rayos X de Cygnus X-1, en este modelo, se deberían a la acumulación de materia de la estrella supergigante en el agujero negro. Se han hecho muchos modelos teóricos de la producción de rayos X en este proceso: puede buscar una revisión de la literatura y decidir por sí mismo si los fenómenos se comprenden bien y se explican o no, y si las predicciones coinciden con las observaciones. Pero recuerde que estas predicciones se hacen con conocimiento de las observaciones cuando hace esto.
Ahora imagine que tiene una estrella de neutrones orbitando alrededor de un agujero negro, y que la situación es tal que las órbitas aún no están lo suficientemente cerca y las masas son tales que la estrella de neutrones aún no se está desgarrando y acumulando en el agujero negro.
Entonces, ¿qué esperas ver? En el mejor de los casos, la estrella de neutrones es un púlsar y ves sus pulsaciones. En el peor de los casos, es solo una fuente constante de rayos X.
No hay acreción en el agujero negro, por lo que no se puede ver en absoluto. Acabas de ver que hay un compañero invisible, por lo que probablemente sea compacto. Para saber que hay un agujero negro allí, necesita una muy buena determinación de ambas masas.
Tendría que ser extremadamente afortunado con la orientación de la órbita para poder obtener límites sólidos en ambas masas, y se espera que los objetos como los binarios BH-NS sean raros para comenzar.
Tienen que formarse en sistemas estelares binarios o múltiples que tienen supernovas y permanecen unidos, o tienen que formarse por un proceso de fusión, de colisión. En Cygnus X-1, la masa del agujero negro y la estrella compañera son tales que si la compañera sufriera una supernova y dejara una estrella de neutrones, se perdería más de la mitad de la masa del sistema. Existe entonces un teorema en la gravitación clásica que muestra que el sistema se vuelve clásico sin consolidar. Por lo tanto, no se esperaría que Cygnus X-1 formara un binario BH-NS.
Hay otra cosa que puede ayudar: puede detectar indirectamente por la variación de tiempo del período del sistema, o directamente por un detector basado en tierra como LIGO o una de las versiones más avanzadas de LIGO, aunque esto no aún se ha hecho, la emisión de radiación gravitacional del sistema. A medida que se irradia, el período orbital se acelerará y los objetos se acercarán continuamente.
Las etapas finales de tal fusión podrían producir una explosión de rayos gamma a medida que la estrella de neutrones se despedaza, y produciría una gran explosión de radiación gravitacional. Pero ver eso en nuestra galaxia depende de ser extremadamente afortunado con el tiempo.
Pero quién sabe, ¡aún puede suceder!
