Un día, la estrella en el centro de nuestro propio sistema solar, el Sol, comenzará a expandirse hasta engullir a la Tierra. Luego se volverá cada vez más inestable hasta que eventualmente se contraiga y se convierta en un objeto pequeño y denso conocido como enana blanca.
Sin embargo, si el Sol tuviera una clase de peso aproximadamente ocho veces mayor o más, probablemente se apagaría con una gran explosión, como una supernova. Su colapso culminaría en una explosión, expulsando energía y masa al espacio con enorme fuerza, antes de dejar tras de sí una estrella de neutrones o un agujero negro.
Si bien este es un conocimiento básico sobre cómo mueren las estrellas masivas, aún queda mucho por entender sobre los cielos estrellados y la espectacular muerte de estas estrellas en particular.
Una nueva investigación realizada por astrofísicos del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague presenta la evidencia más sólida hasta la fecha de que las estrellas muy masivas pueden sucumbir con mucho más sigilo y discreción que las supernovas. De hecho, su investigación sugiere que, con suficiente masa, la atracción gravitacional de una estrella puede ser tan fuerte que no se produzca ninguna explosión tras su muerte. En cambio, la estrella puede sufrir lo que se conoce como colapso total.
“Creemos que el núcleo de una estrella puede colapsar por su propio peso, como les ocurre a las estrellas masivas en la fase final de sus vidas. Pero en lugar de que la contracción culmine en una brillante explosión de supernova que eclipsaría su propia galaxia, esperada para estrellas ocho veces más masivas que el Sol, el colapso continúa hasta que la estrella se convierte en un agujero negro”, explica el primer autor Alejandro Vigna-Gómez. , que era postdoctorado en el Instituto Niels Bohr cuando se puso en marcha este estudio.
Este descubrimiento está relacionado con el fenómeno de la desaparición de estrellas, que ha interesado a los astrónomos en los últimos años, y que puede proporcionar tanto un ejemplo claro como una explicación científica plausible para fenómenos de este tipo.
“Si uno se quedara mirando una estrella visible atravesando un colapso total, podría ser, justo en el momento adecuado, como ver una estrella extinguirse repentinamente y desaparecer de los cielos. El colapso es tan completo que no se produce ninguna explosión, nada se agota y no se ve nada brillante. supernova en el cielo nocturno. De hecho, en los últimos tiempos los astrónomos han observado la repentina desaparición de estrellas muy brillantes. No podemos estar seguros de una conexión, pero los resultados que hemos obtenido al analizar el VFTS 243 nos han acercado mucho más a una explicación creíble”, afirma Alejandro Vigna-Gómez.
Un sistema estelar inusual sin signos de explosión
Este descubrimiento ha sido impulsado por la reciente observación de un inusual sistema estelar binario en el borde de nuestra galaxia llamado VFTS 243. Aquí, una gran estrella y un agujero negro aproximadamente 10 veces más masivo que nuestro Sol orbitan entre sí.
Los científicos conocen desde hace décadas la existencia de este tipo de sistemas estelares binarios en la Vía Láctea, donde una de las estrellas se ha convertido en un agujero negro. Pero el reciente descubrimiento de VFTS 243, más allá de la Vía Láctea en la Gran Nube de Magallanes, es algo verdaderamente especial.
“Normalmente, los eventos de supernova en sistemas estelares se pueden medir de varias maneras después de que ocurren. Pero a pesar de que en VFTS 243 hay una estrella que se ha colapsado en un agujero negro, no se encuentran rastros de una explosión por ninguna parte. VFTS 243 es un sistema extraordinario. La órbita del sistema apenas ha cambiado desde el colapso de la estrella en un agujero negro”, afirma Alejandro Vigna-Gómez.
Los investigadores han analizado los datos de observación en busca de una serie de señales que se esperarían de un sistema estelar que haya sufrido una explosión de supernova en el pasado. Generalmente, encontraron pruebas de tal evento menores y poco convincentes.
El sistema no muestra signos de una “patada natal” significativa, una aceleración de los objetos en órbita. También es muy simétrica, casi perfectamente circular en su órbita, y los signos restantes de la energía liberada durante el colapso del núcleo de la antigua estrella apuntan a un tipo de energía consistente con un colapso total.
“Nuestro análisis apunta inequívocamente al hecho de que El agujero negro en VFTS 243 probablemente se formó inmediatamente y la energía se perdió principalmente a través de neutrinos”, afirma la profesora Irene Tamborra del Instituto Niels Bohr, que también participó en el estudio.
Un sistema de referencia para futuros estudios
Según el profesor Tamborra, el sistema VFTS 243 abre la posibilidad de comparar finalmente una serie de teorías astrofísicas y cálculos de modelos con observaciones actuales. Ella espera que el sistema estelar sea importante para estudiar la evolución y el colapso estelar.
“Nuestros resultados destacan a VFTS 243 como el mejor caso observable hasta ahora para la teoría de los agujeros negros estelares formados por colapso total, donde falla la explosión de supernova y que nuestros modelos han demostrado que es posible. Es una importante verificación de la realidad para estos modelos. Y ciertamente esperamos que el sistema sirva como punto de referencia crucial para futuras investigaciones sobre la evolución y el colapso estelar”, afirma el profesor.
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Información adicional: La “patada natal” que falta y otros signos (faltantes) de una supernova
Las fuerzas violentas de una supernova afectan directamente a las estrellas de neutrones recién nacidas o a los agujeros negros que deja, debido a la emisión asimétrica de materia durante la explosión. Esto es lo que los investigadores denominan “patada natal”. Esta patada hace que el objeto compacto acelere. Una patada natal normalmente dará a las estrellas de neutrones una velocidad mensurable de 100 a 1000 km por segundo. Se espera que la velocidad sea menor para los agujeros negros, pero aún así significativa.
Porque el agujero negro del sistema VFTS 243 sólo parece haber sido acelerado a aproximadamente 4 km/s, no muestra signos de haber recibido una importante patada natal, como se esperaría si hubiera sufrido una supernova.
Del mismo modo, la simetría de la órbita de un sistema estelar suele mostrar signos de que ha sentido el impacto de una violenta explosión de supernova, debido a la eyección de materia que se produce. En cambio, los investigadores encontraron simetría.
“La órbita del VFTS es casi circular y nuestro análisis indica que no hay signos de grandes asimetrías durante el colapso. Esto nuevamente indica la ausencia de explosión”, afirma Alejandro Vigna Gómez.
Una explosión de energía
Al analizar la órbita del sistema estelar binario, el equipo también ha podido calcular la cantidad de masa y energía liberada durante la formación del agujero negro.
Sus estimaciones son consistentes con un escenario en el que la menor sacudida impartida durante el colapso estelar no se debió a la materia bariónica, que incluye neutrones y protones, sino a los llamados neutrinos. Los neutrinos tienen muy poca masa e interactúan muy débilmente. Esta es otra indicación de que el sistema no experimentó una explosión.
Hechos: agujeros negros
Ni siquiera la luz puede escapar de los agujeros negros. Como tales, no pueden observarse directamente. Sin embargo, algunos agujeros negros pueden identificarse debido a las grandes cantidades de energía que emiten los gases que giran a su alrededor. Otros, como en el caso de VFTS 243, se pueden observar por la influencia que tienen sobre las estrellas con las que orbitan.
En general, los astrónomos creen que existen tres tipos de agujeros negros:
Los agujeros negros estelares, como los del sistema VFTS 243, se forman cuando colapsan estrellas con más de ocho veces la masa del Sol. Los científicos creen que puede haber hasta 100 millones de estos sólo en nuestra galaxia.
Se cree que los agujeros negros supermasivos (entre 100.000 y 10 mil millones de veces la masa del Sol) se encuentran en el centro de casi todas las galaxias. Sagitario A* es el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Los agujeros negros de masa intermedia (IMBH), entre 100.000 y 100.000 veces la masa de nuestro Sol, fueron durante mucho tiempo un eslabón perdido. En los últimos años han surgido varios candidatos creíbles.
También existen teorías que describen otros tipos de agujeros negros, que aún no se han descubierto. Uno de ellos, el llamado agujero negro primordial, se habría formado en el universo primitivo y, en teoría, podría ser microscópico.
Hechos: estrellas que desaparecen
En los tiempos modernos ha habido muchas observaciones de estrellas que inexplicablemente desaparecen.
“Una encuesta sobre la nada”, dirigida por el astrofísico Chris Kochanek, es un ejemplo de los esfuerzos de investigación que buscan activamente estrellas en desaparición y explicaciones para su desaparición.
El lector curioso también puede profundizar en descripciones históricas. A menudo tienen que ver con estrellas repentinamente luminosas que desaparecen en consonancia con escenarios de supernova. Pero hay otras historias sobre estrellas que desaparecen repentinamente, como el mito griego asociado con el cúmulo de estrellas de las Pléyades, comúnmente conocido como las Siete Hermanas. El mito de las Pléyades describe a las siete hijas del titán Atlas y la ninfa Pleione. Según el mito, una de sus hijas se casó con un humano y se escondió, lo que proporciona una explicación muy poco científica pero hermosa de por qué solo vemos seis estrellas en las Pléyades.
Sobre el estudio:
El estudio se publica en la revista Physical Review Letters: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.191403.
Los siguientes investigadores han contribuido a la investigación:
Alejandro Vigna-Gómez, Irene Tamborra, Hans-Thomas Janka, Daniel Kresse, Reinhold Willcox, Ilya Mandel, Mathieu Renzo, Tom Wagg, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar, Thomas M. Tauris
Los investigadores están afiliados a varias instituciones de investigación:
- Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague – Academia Internacional y DARK
- Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania
- Instituto de Astronomía, KU Leuven, Lovaina, Bélgica
- Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Monash, Clayton, Australia
- Centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales: OzGrav, Australia
- Centro de Astrofísica Computacional, Flatiron Institute, Nueva York, EE.UU.
- Observatorio Steward, Universidad de Arizona, Tucson, EE.UU.
- Departamento de Astronomía, Universidad de Washington, Seattle, EE.UU.
- Universidad Técnica de Munich, Facultad de Ciencias Naturales TUM, Departamento de Física, Garching, Alemania
- Observatorio Europeo Austral, Garching, Alemania
- Escuela de Física y Astronomía, Universidad de Tel Aviv, Tel Aviv, Israel
- Universidad de Aalborg, Aalborg, Dinamarca
