Astrofísicos españoles descubren que los misteriosos sumideros cósmicos pueden nacer de explosiones de estrellas.
MÓNICA SALOMONE, Santa Cruz de
Tenerife
Los agujeros negros, auténticos sumideros
cósmicos donde la atracción gravitatoria es tan intensa que ni siquiera
deja escapar la luz, siguen siendo de los objetos más misteriosos del
universo, aunque es imposible observarlos de forma directa. Hasta ahora
tampoco se habían podido comprobar las ideas sobre el proceso de formación
de estos objetos, pero un equipo liderado por investigadores del Instituto
de Astrofísica de Canarias ha conseguido la primera demostración de que
cierto tipo de agujeros negros se pueden formar a partir de una supernova,
una estrella que explota espectacularmente al final de su vida. Otro tipo
de agujeros negros, mucho más masivos, se encuentran en el centro de las
galaxias.
Hace un millón de años una estrella entre 25 y 40
veces más masiva que el Sol explotó como supernova, liberando en un
instante una energía equivalente a la de millares de soles. Durante gran
parte de su vida, esta estrella muy masiva se había mantenido con brillo
gracias a que quemaba en su núcleo el elemento hidrógeno y lo convertía en
helio, una reacción nuclear que libera gran cantidad de energía. Acabado
el hidrógeno, la estrella usó otros elementos como combustible y los
convirtió a su vez en otros elementos cada vez más pesados. Pero cuando no
quedó nada que quemar, la estrella dejó de emitir energía y su propia
fuerza gravitatoria la hizo colapsar y morir como supernova. Tras la
explosión se formó un agujero negro. Esto es lo que los astrofísicos saben
ahora, gracias al trabajo de investigadores del Instituto de Astrofísica
de Canarias (IAC) y de la Universidad de California que se publica hoy en
la revista Nature.
Historia
Hasta ahora sólo se sabía de la existencia del agujero negro, detectado en 1994 por la rápida rotación de una pequeña estrella que gira a su alrededor. El sistema agujero negro-estrella catalogado como GRO J1655-44, o Nova Scorpii 1994, es uno de los más estudiados de este tipo, pero no había sido posible hasta ahora reconstruir su historia. "Nuestro trabajo demuestra que el agujero negro se formó tras la explosión de una supernova", explica Rafael Rebolo, del IAC, uno de los autores, que espera cierta polémica derivada del hallazgo.
Las hipótesis que explican el origen de los agujeros negros son dos: o se forman por el colapso gravitatorio directo de una estrella muy masiva, o la estrella explota como supernova antes de colapsar. "Ahora tenemos la primera evidencia convincente de que al menos algunos agujeros negros se forman tras una explosión de supernovas", dice John Cowan, de la Universidad de Oklahoma, que comenta el hallazgo en la misma revista.
Para obtener los datos bastó una hora de observación con el telescopio Keck, de Hawai. Los investigadores no se centraron en el agujero, que no puede observarse porque no brilla, sino en la pequeña estrella que gira a su alrededor: con un espectrógrafo analizaron la luz de esta estrella y buscaron la firma de los elementos químicos que la componen.
"Encontramos que la atmósfera de la estrella tiene diez veces más oxígeno, magnesio, silicio y azufre que el Sol, y éstos son elementos pesados que sólo se forman a miles de millones de grados en el núcleo de estrellas muy masivas que acaban su vida como supernovas", explica Rebolo. Así, la estrella compañera del agujero negro, que ahora tiene estos elementos, debió contaminarse durante la explosión.
La masa actual del agujero negro puede inferirse por el movimiento de su estrella compañera, para contrarrestar así su intensa atracción. La estrella está a 17 millones de kilómetros del sumidero y tarda apenas unos días en completar un giro a su alrededor. El agujero negro tiene un diámetro de sólo unos kilómetros, pero su masa es entre ocho y diez veces superior a la del Sol.
En torno a la estrella compañera se ha formado ahora un disco de material que alimenta al agujero negro, pero lo hace poco a poco. Según los investigadores, a corto plazo la estrella no corre el riesgo de ser devorada por el agujero negro. "El agujero chupa una diezmilmillonésima parte de la materia de la estrella compañera cada año, o sea que tardará al menos 10.000 millones de años en caer", estima Rebolo.
Preguntas
El hallazgo podría tener aún más relevancia si se confirmara lo que de momento todavía es una sospecha: que la explosión que dio lugar al agujero negro no fue una supernova sino una hipernova, una explosión del mismo tipo, pero mucho más violenta, originada por una estrella muy masiva en rotación. Es la hipótesis favorita de Rebolo.
Para Cowan, "aún quedan preguntas sin responder. No sabemos qué porcentaje de los agujeros negros pasan por una etapa intermedia de su formación como supernovas. Las supernovas son acontecimientos raros. En nuestra galaxia ocurre una cada 100 años. Así que puede que estrellas más masivas que 40 masas solares colapsen directamente y den lugar a un agujero negro o puede haber casos en que se formen simultáneamente una supernova y un agujero negro".
M.S., S.C. de Tenerife
La especialidad de Rafael Rebolo, astrofísico de 38 años,
es bregar con las cuestiones más candentes de la astronomía actual: el
análisis de la primera luz que llenó el cosmos tras el Big Bang; la
búsqueda de la llamada materia oscura y el estudio de algunos
elementos químicos que se formaron apenas unos minutos después de esa
primera gran explosión original. El hallazgo que publica hoy le lleva
hasta los agujeros negros, pero "de ninguna manera" a explicar estos
misteriosos objetos. "Aún queda mucho para entender la física de los
agujeros negros", dice.
Pregunta. ¿Se demostrará algún día de forma directa la existencia de los agujeros negros?
Respuesta. Cuando hablo de agujero negro me refiero a un objeto muy compacto que tiene una masa superior a tres masas solares. Es difícil imaginar algo distinto a un agujero negro donde haya tanta masa confinada en un radio muy pequeño. Pero falta más de una década para hallar pruebas observacionales de las teorías que describen lo que pasa con el espacio y el tiempo en estos objetos. Yo estoy convencido de que se encontrarán.
Hay teorías que hablan de usar los agujeros negros para viajar quizá a otros universos. ¿Le gusta imaginar esas posibilidades?
Queda muy fuera de mi trabajo, pero no está mal una dosis de imaginación... en mis ratos libres. Reconozco que la física de estos sistemas es tan desconocida que, bueno, es bonito pensar en universos conectados por agujeros negros.
¿Qué preguntas responderán los astrónomos el próximo siglo?
Es difícil escoger. Con los grandes telescopios se encontrarán más planetas del tipo de Júpiter orbitando alrededor de otras estrellas; en cosmología confirmaremos o descartaremos el modelo más aceptado actualmente, y mi impresión es que lo confirmaremos. Responderemos cuestiones pendientes, como qué edad tiene el universo, si estará siempre en expansión o de qué está hecha la materia oscura.
¿Seguirá investigando en sistemas con agujeros negros?
Nuestro trabajo demuestra que la técnica que hemos empleado es muy potente, y ahora querríamos aplicarla a otros sistemas. El problema es que yo no tengo ahora un Keck aquí, aunque estamos ya construyendo un telescopio similar. Fíjese que para este último trabajo bastó una hora de observaciones; si hubiéramos observado como es debido tendríamos resultados aún mejores.