Durante casi medio siglo, los científicos han suscrito la teoría de que cuando una estrella llega al final de su ciclo de vida, sufrirá un colapso gravitacional. En este punto, suponiendo que haya suficiente masa presente, este colapso provocará la formación de un agujero negro. Saber cuándo y cómo se formará un agujero negro ha sido durante mucho tiempo algo que los astrónomos han buscado.
¿Y por qué no? Ser capaz de presenciar la formación del agujero negro no solo sería un evento increíble, sino que también conduciría a un tesoro de descubrimientos científicos. Y según un estudio reciente realizado por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Ohio en Columbus, es posible que finalmente hayamos hecho eso.
El equipo de investigación fue dirigido por Christopher Kochanek, profesor de astronomía y erudito eminente en el estado de Ohio. Utilizando imágenes tomadas por el Gran Telescopio Binocular (LBT) y el Telescopio Espacial Hubble (HST), él y sus colegas realizaron una serie de observaciones de una estrella supergigante roja llamada N6946-BH1.
Para romper el proceso de formación de los agujeros negros, según nuestra comprensión actual de los ciclos de vida de las estrellas, se forma un agujero negro después de que una estrella de muy alta masa experimenta una supernova. Esto comienza cuando la estrella ha agotado su suministro de combustible y luego sufre una pérdida repentina de masa, donde la capa exterior de la estrella se desprende, dejando atrás una estrella de neutrones remanente.
Esto es seguido por electrones que se vuelven a unir a los iones de hidrógeno que se han desprendido, lo que provoca una llamarada brillante. Cuando se detiene la fusión del hidrógeno, el remanente estelar comienza a enfriarse y desvanecerse; y eventualmente el resto del material se condensa para formar un agujero negro.
Sin embargo, en los últimos años, varios astrónomos han especulado que en algunos casos, las estrellas experimentarán una supernova fallida. En este escenario, una estrella de muy alta masa finaliza su ciclo de vida convirtiéndose en un agujero negro sin que ocurra de antemano la explosión masiva de energía habitual.
Como señaló el equipo de Ohio en su estudio, titulado "La búsqueda de supernovas fallidas con el Gran Telescopio Binocular: confirmación de una estrella que desaparece", esto puede ser lo que sucedió con N6946-BH1, una supergigante roja que tiene 25 veces la masa de nuestro Sol ubicado a 20 millones de años luz de la Tierra.
Utilizando la información obtenida con el LBT, el equipo observó que N6946-BH1 mostró algunos cambios interesantes en su luminosidad entre 2009 y 2015, cuando se realizaron dos observaciones separadas. En las imágenes de 2009, N6946-BH1 aparece como una estrella brillante y aislada. Esto fue consistente con los datos de archivo tomados por el HST en 2007.
Sin embargo, los datos obtenidos por el LBT en 2015 mostraron que la estrella ya no era aparente en la longitud de onda visible, lo que también fue confirmado por los datos del Hubble del mismo año. Los datos de LBT también mostraron que durante varios meses durante 2009, la estrella experimentó un brote breve pero intenso, donde se volvió un millón de veces más brillante que nuestro Sol, y luego se desvaneció constantemente.
También consultaron datos de la encuesta de Palomar Transit Factory (PTF) para comparar, así como las observaciones hechas por Ron Arbor (un astrónomo aficionado británico y cazador de supernovas). En ambos casos, las observaciones mostraron evidencia de un brote durante un breve período en 2009 seguido de un desvanecimiento constante.
Al final, esta información fue coherente con el modelo fallido de supernovas-agujero negro. Como dijo el profesor Kochanek, autor principal del artículo del grupo, a Space Magazine por correo electrónico:
“En la imagen fallida de formación de supernova / agujero negro de este evento, el transitorio es impulsado por la supernova fallida. La estrella que vemos antes del evento es una supergigante roja, por lo que tiene un núcleo compacto (tamaño de ~ tierra) fuera de la cubierta de combustión de hidrógeno, y luego una envoltura enorme e hinchada de hidrógeno que podría extenderse a la escala de Júpiter. orbita. Este sobre está muy débilmente ligado a la estrella. Cuando el núcleo de la estrella se colapsa, la masa gravitacional cae unas décimas de la masa del sol debido a la energía arrastrada por los neutrinos. Esta caída en la gravedad de la estrella es suficiente para enviar una onda de choque débil a través del sobre hinchado que la aleja. Esto produce un transitorio frío y de baja luminosidad (en comparación con una supernova, aproximadamente un millón de veces la luminosidad del sol) que dura aproximadamente un año y es alimentado por la energía de recombinación. Todos los átomos en la envoltura hinchada se ionizaron (electrones no unidos a los átomos) a medida que la envoltura expulsada se expande y se enfría, todos los electrones se vuelven a unir a los átomos nuevamente, lo que libera la energía para alimentar el transitorio. Lo que vemos en los datos es consistente con esta imagen ”.
Naturalmente, el equipo consideró todas las posibilidades disponibles para explicar la repentina "desaparición" de la estrella. Esto incluía la posibilidad de que la estrella estuviera envuelta en tanto polvo que su luz óptica / UV fuera absorbida y reemitida. Pero como descubrieron, esto no estaba de acuerdo con sus observaciones.
"Lo esencial es que ningún modelo que use polvo para ocultar la estrella realmente funciona, por lo que parece que lo que sea que haya ahora tiene que ser mucho menos luminoso que esa estrella preexistente". Kochanek explicó. "Dentro del contexto del modelo fallido de supernova, la luz residual es consistente con la decadencia tardía de la emisión del material que se acumula en el agujero negro recién formado".
Naturalmente, se necesitarán más observaciones antes de que podamos saber si este fue o no el caso. Esto probablemente involucraría misiones IR y de rayos X, como el Telescopio Espacial Spitzer y el Observatorio de Rayos X Chandra, o uno de los muchos telescopios espaciales de próxima generación que se desplegarán en los próximos años.
Además, Kochanek y sus colegas esperan continuar monitoreando el posible agujero negro utilizando el LBT y volver a visitar el objeto con el HST en aproximadamente un año a partir de ahora. "Si es cierto, deberíamos seguir viendo que el objeto se desvanece con el tiempo", dijo.
No es necesario decir que, si es cierto, este descubrimiento sería un evento sin precedentes en la historia de la astronomía. Y las noticias ciertamente han generado una gran cantidad de entusiasmo por parte de la comunidad científica. Como Avi Loeb, profesor de astronomía en la Universidad de Harvard, expresó a Space Magazine por correo electrónico:
“El anuncio sobre el posible descubrimiento de una estrella que colapsó para hacer un agujero negro es muy interesante. Si es cierto, será la primera vista directa de la sala de partos de un agujero negro. La imagen es algo desordenada (como cualquier sala de partos), con incertidumbres sobre las propiedades del bebé que fue entregado. La forma de confirmar que nació un agujero negro es detectar rayos X.
“Sabemos que existen agujeros negros de masa estelar, más recientemente gracias al descubrimiento de ondas gravitacionales de su fusión por parte del equipo de LIGO. Hace casi ochenta años, Robert Oppenheimer y sus colaboradores predijeron que las estrellas masivas podrían colapsar en agujeros negros. Ahora podríamos tener la primera evidencia directa de que el proceso realmente ocurre en la naturaleza.
Pero, por supuesto, debemos recordarnos que, dada su distancia, lo que podríamos estar presenciando con N6946-BH1 sucedió hace 20 millones de años. Desde la perspectiva de este potencial agujero negro, su formación es una noticia vieja. Pero para nosotros, podría ser una de las observaciones más innovadoras en la historia de la astronomía.
¡Al igual que el espacio y el tiempo, la importancia es relativa al observador!
