Cuando una estrella de masa muy grande agota su combustible nuclear, es incapaz de mantenerse hinchada y se derrumba sobre sí misma por efecto de su gravedad, en un proceso que acaba convirtiendo su núcleo en un agujero negro, un objeto con una gravedad tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él una vez cae dentro.
Representación de las distorsiones lumínicas generadas por un agujero negro. (Imagen: Alain Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS. CC-BY-SA 3.0)
Aunque algunas estrellas moribundas que acaban produciendo un agujero negro emiten en el proceso un potente estallido de rayos gamma, puede que éste no sea el caso más común, sino tan solo el único detectable con facilidad por nuestra tecnología. Quizá en la mayoría de casos, según una hipótesis, una estrella de masa muy grande que muere genera un agujero negro sin ningún estallido o destello: La estrella simplemente desaparece del firmamento y ya está, un evento cósmico que en cierto modo sería lo contrario de una nova.
¿Sería pues del todo indetectable un nacimiento de agujero negro por este mecanismo? ¿No sucedería nada detectable en forma de emisión de luz o de otra radiación del espectro electromagnético?
Según los resultados de un nuevo análisis efectuado por el astrofísico Tony Piro, del Instituto Tecnológico de California (Caltech), justo antes de que el agujero negro se forme, la estrella agonizante sí podría generar una señal, sutil pero reconocible si los observadores saben qué deben buscar. Esa señal delataría que acaba de nacer un agujero negro.
Según la teoría más aceptada, cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear, su núcleo se contrae bajo su propio peso. A medida que se contrae, más prensada está la materia, hasta que llega un punto en el que los protones y los electrones del núcleo de la estrella se fusionan y producen neutrones. Si la masa de la estrella no es muy grande, puede permanecer estable en este estado, y en tal caso ha nacido lo que se conoce como estrella de neutrones o púlsar. Se trata de un objeto muy denso, tanto como lo sería el Sol si se le comprimiera para hacerle caber en una esfera de unos 10 kilómetros (6 millas) de radio.
Pero si la masa estelar es demasiado grande, el núcleo de la estrella muerta sigue comprimiéndose.
Durante unos segundos, antes de que la creciente compresión lo convierta en un agujero negro, el núcleo de la estrella muerta es una estrella de neutrones.
Este proceso de compresión colosal también crea neutrinos, que son partículas que casi siempre atraviesan la materia sin interactuar con ella y a una velocidad próxima a la de la luz. A medida que los neutrinos fluyen del núcleo estelar, transportan una gran cantidad de energía, que representa una décima parte de la masa de la estrella (ya que la energía y la masa son equivalentes, por E = mc2).
Según lo expuesto en un poco conocido artículo académico escrito en 1980 por Dmitry Nadezhin del Instituto Alikhanov de Física Teórica y Experimental en Rusia, esta rápida pérdida de masa implica que la fuerza gravitacional del núcleo de la estrella moribunda se reduzca de manera brusca. Cuando eso sucede, las capas gaseosas externas de la estrella, compuestas principalmente por hidrógeno, salen disparadas hacia el exterior, generando una onda de choque que suele atravesar las capas más exteriores a unos 1.000 kilómetros por segundo (unos 3 millones y medio de kilómetros por hora, o más de 2 millones de millas por hora).
Usando simulaciones por ordenador, dos astrónomos de la Universidad de California en Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove y Stan Woosley, encontraron recientemente que cuando la onda de choque golpea la superficie exterior de las capas gaseosas, debe calentar el gas de la superficie, produciendo un brillo que duraría cerca de un año, una señal prometedora como indicativo fiable del nacimiento de un agujero negro. Aunque casi un millón de veces más brillante que el Sol, este resplandor sería relativamente débil en comparación con otras estrellas. Sería difícil de ver, incluso en galaxias que están relativamente cerca de nosotros.
Pero ahora Piro ha encontrado una señal más prometedora. En su nuevo estudio, analiza con más detalle lo que puede ocurrir en el momento en el que la onda expansiva golpea la superficie de la estrella, y ha calculado que el impacto en sí mismo produciría un destello de 10 a 100 veces más brillante que la luz predicha por Lovegrove y Woosley. Ese fogonazo sería muy brillante, y es la señal que ofrece la mejor oportunidad de ser detectada. Por tanto, según Piro, ésta es la señal que hay que buscar en el firmamento.
Tal destello sería tenue en comparación con las estrellas en explosión llamadas supernovas, pero sería lo bastante luminoso como para ser detectado en las galaxias cercanas. El destello, que duraría entre 3 y 10 días, antes de desvanecerse, sería muy luminoso en longitudes de onda ópticas, y su brillo máximo estaría en la banda ultravioleta.
Piro estima que los astrónomos serían capaces de ver, en promedio, uno de estos eventos cada año.
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Una nueva clase de destello cósmico anunciaría la génesis del agujero negro
Según han explicado los expertos, cuando una estrella de masa muy grande agota su combustible nuclear, es incapaz de mantenerse hinchada y se derrumba sobre sí misma por efecto de su gravedad, en un proceso que acaba convirtiendo su núcleo en un agujero negro. Aunque algunas de estas estrellas moribundas emiten en el proceso un potente estallido de rayos gamma, puede que éste no sea el caso más común, sino tan solo el único detectable con facilidad por la tecnología actual.
Según la hipótesis del nuevo trabajo, publicado en 'Astrophysical Journal Letters', en la mayoría de casos una estrella de masa muy grande que muere genera un agujero negro sin ningún estallido o destello. Esta simplemente desaparece, en un evento cósmico que sería lo contrario de una nova.
El autor principal del estudio, Tony Piro, ha explicado que "justo antes de que el agujero negro se forme, la estrella agonizante "sí podría generar una señal que delataría que acaba de nacer un agujero negro".
Según Piro, el estallido de la estrella en sí mismo produciría un destello de 10 a 100 veces más brillante que la luz predicha por las teorías existentes hasta ahora. Ese fogonazo sería muy brillante, y es la señal que ofrece la mejor oportunidad de ser detectada. Por tanto, según Piro, ésta es la señal que hay que buscar en el firmamento.
Sin embargo, tal destello sería "tenue" en comparación con las estrellas en explosión llamadas supernovas, pero sería lo bastante luminoso como para ser detectado en las galaxias cercanas. El destello, que duraría entre 3 y 10 días, antes de desvanecerse, sería muy luminoso en longitudes de onda ópticas, y su brillo máximo estaría en la banda ultravioleta. Piro estima que los astrónomos serían capaces de ver, en promedio, uno de estos eventos cada año.
europapress
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