Los científicos han descubierto pruebas contundentes de que algunas estrellas masivas terminan su existencia con un quejido, no con un estallido, y se hunden en un agujero negro de su propia creación sin la luz y la furia de una supernova. Para entender por qué esto es importante, debemos comenzar con un curso intensivo sobre la evolución estelar. Las estrellas generan energía a través de procesos de fusión nuclear en sus núcleos mediante los cuales convierten el hidrógeno en helio. Cuando las estrellas con al menos ocho veces la masa de nuestro Sol se quedan sin ese suministro de hidrógeno, inician reacciones de fusión que involucran otros elementos: helio, carbono, oxígeno, etc., hasta que terminan con un núcleo inerte de hierro que requiere más energía en la reacción de fusión de la que puede producir. En esta etapa, las reacciones de fusión cesan y la producción de energía que sostiene a la estrella se evapora. De repente, la gravedad tiene rienda suelta y hace que el núcleo colapse, mientras que las capas externas de la estrella rebotan en el núcleo en contracción y explotan hacia afuera, generando una supernova que, durante algunas semanas, a veces puede brillar más que una galaxia entera.
Mientras tanto, el núcleo que colapsa forma un objeto compacto. Este objeto suele ser una estrella de neutrones en rotación llamada púlsar, pero, bajo ciertas condiciones, podría ser un agujero negro de masa estelar. Esta es la historia estándar de las líneas de tiempo estelares. Sin embargo, los astrónomos están empezando a aceptar la idea de que algunas estrellas que producen agujeros negros pueden hacerlo sin una explosión de supernova.
Los investigadores han notado ocasionalmente supernovas fallidas: estrellas que comienzan a brillar como si estuvieran a punto de explotar, pero que luego fallan y se extinguen. En otros lugares, estudios de placas fotográficas antiguas como parte del proyecto Objetos que aparecen y desaparecen durante un siglo de observaciones (VASCO por sus siglas en inglés), dirigido por Beatriz Villarroel, han encontrado docenas de estrellas en esas placas antiguas que simplemente ya no se ven; es como si hubieran desaparecido sin dejar rastro. ¿Podrían estas supernovas fallidas y estrellas en desaparición ser evidencia de que las estrellas son arrastradas casi por completo hacia el agujero negro que forman antes de tener la oportunidad de explotar? Bueno, tal vez, creen algunos científicos.
“Si uno se quedara contemplando una estrella visible atravesando un colapso total, podría ser, justo en el momento adecuado, como ver una estrella extinguirse repentinamente y desaparecer del cielo”, dijo Alejandro Vigna-Gómez del Instituto Max Planck de Astrofísica de Alemania en un comunicado. “En los últimos tiempos, los astrónomos han observado la repentina desaparición de estrellas muy brillantes”.
Aunque la idea sigue siendo sólo una teoría, ahora cuenta con una fuerte evidencia que la respalda en la forma de un extraño sistema binario estudiado por Vigna-Gómez y su equipo. Designado VFTS 243, el sistema fue descubierto en 2022 y reside en la Nebulosa de la Tarántula, que se encuentra en la Gran Nube de Magallanes; contiene una estrella de 25 masas solares y un agujero negro de 10 masas solares que deben haber sido producidos por una estrella masiva que llegó al final de su vida hace relativamente poco tiempo, en términos cósmicos.
“VFTS 243 es un sistema extraordinario”, dijo Vigna-Gómez. “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 ningún lado”.
Por ejemplo, las órbitas de la estrella y el agujero negro en VFTS 243, alrededor de su centro de masa común, siguen siendo casi circulares. Sin embargo, las explosiones de supernova son asimétricas, con un poco más de energía producida en una dirección que en la otra, lo que debería darle al objeto compacto que forma una “patada natal”. Tal patada aceleraría el objeto compacto, provocando que su órbita se ensanchara y se alargue más. Normalmente, esta patada es de entre 30 y 100 kilómetros por segundo, pero el agujero negro en VFTS 243, como máximo, ha sido impulsado a sólo cuatro kilómetros por segundo.
Las consecuencias de las patadas natales se han observado antes en púlsares, pero nunca antes en agujeros negros de masa estelar. Es muy posible que esto nos esté diciendo algo sobre cómo se forman los agujeros negros de masa estelar, y VFTS 243 es la visión más clara hasta ahora de los resultados de este proceso.
Las patadas natales son producto de tres cosas: la expulsión de escombros de la estrella en explosión, una explosión de neutrinos del núcleo en colapso de la estrella y ondas gravitacionales. Sin embargo, si no hubiera una supernova, no habría escombros, quedando sólo los neutrinos y las ondas gravitacionales para proporcionar una patada mucho más pequeña, que es exactamente lo que vemos en VFTS 243.
Si esto es correcto, entonces significa que muchas de las estrellas más masivas del universo, que brillan con tanta intensidad, terminan sus vidas en una oscuridad silenciosa mientras son arrastradas al olvido de un agujero negro. Este también podría ser el destino final de la estrella superviviente en VFTS 243 cuando llegue al final de su vida.
También hay repercusiones más amplias. Una explosión de supernova es una fábrica de elementos. Elementos como el oxígeno, el carbono y el nitrógeno de las capas exteriores de una estrella moribunda no sólo son lanzados al espacio, donde pueden ser reciclados en la próxima generación de estrellas y planetas, sino que el intenso calor y la energía de la onda de choque de la supernova pueden dar lugar a la formación de incluso elementos más pesados en los desechos de supernova. Por ejemplo, una de las razones por las que las supernovas brillan tanto durante tanto tiempo es que la desintegración radiactiva de los isótopos de níquel producida en la explosión conduce a la formación de cobalto y hierro.
Sin embargo, si algunas estrellas masivas colapsan completamente en agujeros negros sin explosiones de supernova, entonces no pueden contribuir a la creación y reciclaje de elementos. Por lo tanto, los cosmoquímicos necesitarán incluir este concepto, si es cierto, en sus modelos de cómo se forman y distribuyen los elementos en el espacio. Sólo entonces podrán empezar a comprender plenamente la evolución química de las galaxias, incluida la nuestra, y la rapidez con la que se pueden acumular los elementos necesarios para formar planetas como la Tierra, tal vez incluso con vida propia formada a partir de elementos producidos por la explosión de estrellas.
Los hallazgos del VFTS 243 se publicaron el 9 de mayo en la revista Physical Review Letters.
Fuente: Live Science.
