DESTELLO PODRÍA REVELAR EL NACIMIENTO DE UN AGUJERO NEGRO

Una nueva clase de destello podría revelar el nacimiento de un agujero negro

Ilustración artísitca de un agujero negro. Crédito: NASA/JPL.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, colapsa bajo su propia gravedad y produce un agujero negro, un objeto tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de su atracción gravitatoria. Según un nuevo análisis realizado por un astrofísico del Instituto de Tecnología de California (Caltech), poco antes que se forme el agujero negro, la estrella moribunda puede generar un estallido de luz que permitirá a los astrónomos presenciar el nacimiento de un nuevo agujero negro por primera vez.

Tony Piro, de Caltech, describe este estallido de luz característico en un paper publicado el 1 de mayo en Astrophysical Journal Letters. Aunque algunas estrellas moribundas que terminan como agujeros negros sufren explosiones de rayos gamma, que están entre los fenómenos más energéticos del Universo, aquellos casos son raros ya que requieren circunstancias poco comunes, explica Piro. “No creemos que la mayoría de los agujeros negros comunes y corrientes se creen de esa manera”. En la mayor parte de los casos, según una hipótesis, una estrella moribunda produce un agujero negro sin un estallido o destello: la estrella parece desaparecer del cielo (un evento apodado “no-nova”). “No ves una explosión. Ves una desaparición”, dice.

Sin embargo, conjetura Piro, este podría no ser el caso. “Quizá no son tan calmadas como pensábamos”, dice.

Según una sólida teoría, cuando una estrella masiva ‘muere’, su núcleo colapsa bajo su propia gravedad. Cuando colapsa, los fotones y electrones que componen el núcleo se fusionan y producen neutrones. Durante pocos segundos –antes que finalmente colapse en un agujero negro- el núcleo se vuelve un objeto extremadamente denso conocido como estrella de neutrones, que es tan denso como si el Sol fuese reducido a una esfera con un radio de unos 10 kilómetros. Este proceso de colapso también crea neutrinos, que son partículas que casi no interactúan con la materia y se mueven a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando los neutrinos salen del núcleo, se llevan mucha energía, que representa alrededor de una décima parte de la masa del Sol (energía y masa son equivalentes).

Según un paper poco conocido escrito en 1980 por Dmitry Nadezhin del Instituto Alikhanov de Física Teórica y Experimental en Rusia, esta rápida pérdida de masa significa que la fuerza gravitatoria del núcleo de la estrella moribunda se reduciría de manera abrupta. Cuando esto ocurre, las capas gaseosas exteriores –principalmente de hidrógeno- que aún rodeasen al núcleo escaparían rápidamente, generando una onda de choque que se movería a aproximadamente 1.000 kilómetros por segundo.

Usando simulaciones de computador, dos astrónomos de UC Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove y Stan Woosley, descubrieron recientemente que cuando la onda de choque impacta la superficie exterior de las capas gaseosas, calentaría el gas en la superficie, produciendo un resplandor que se mantendría por aproximadamente un año; una señal potencialmente prometedora del nacimiento de un agujero negro. A pesar de su brillo, un millón de veces superior al del Sol, este resplandor sería relativamente débil en comparación con otras estrellas. “Sería difícil de observar, incluso en las galaxias que son relativamente cercanas a la nuestra”, dice Piro.

Pero ahora, Piro dice que ha descubierto una señal más prometedora. En su nuevo estudio, examina con más detalle lo que podría ocurrir en el momento en que la onda de choque impacta la superficie de la estrella, y calcula que el impacto mismo crearía un destello de 10 a 100 veces más brillante que el resplandor predicho por Lovegrove y Woosley. “Este destello será muy brillante, y nos da la mejor oportunidad para observar realmente que este evento ocurrió”, explica Piro. “Es lo que realmente buscas”.

Dicho destello sería tenue comparado con las explosiones estelares conocidas como supernovas, por ejemplo, pero sería lo bastante luminoso para ser detectable en galaxias cercanas, dice. El destello, que brillaría de 3 a 10 días antes de desvanecerse, sería muy brillante en longitudes de onda ópticas y ultravioleta.

Piro estima que los astrónomos deberían ser capaces de ver en promedio uno de estos eventos por año. Los sondeos que observan el cielo en busca de destellos de luz como supernovas –sondeos como el Palomar Transient Factory (PTF), dirigido por Caltech- son adecuados para descubrir estos eventos únicos, dice. El intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), que mejora a PTF y comenzó a funcionar en febrero, puede ser capaz de encontrar un par de estos eventos por año.

Ningún sondeo ha observado un destello causado por un agujero negro hasta ahora, dice Piro, pero esto no descarta su existencia. “Finalmente, vamos a comenzar a preocuparnos si no encontramos estas cosas”. Pero por ahora, dice, sus expectativas no se han deteriorado.

Con el análisis de Piro en sus manos, los astrónomos deberían ser capaces de diseñar y ajustar sondeos adicionales para maximizar sus probabilidades de presenciar el nacimiento de un agujero negro en el futuro cercano. En 2015, la siguiente generación de PTF, conocida como Zwicky Transient Facility (ZTF), se espera que comience a funcionar; será aún más sensible, mejorando varias veces las probabilidades de encontrar estos destellos. “Por lo tanto, Caltech está realmente bien posicionado para buscar eventos efímeros como este”, dice Piro.

En la próxima década, el Large Synoptic Survey Telescope (LSST) o Gran Telescopio para Sondeos Sinópticos comenzará un sondeo masivo del cielo nocturno completo desde Chile. “Si el LSST no observa con regularidad este tipo de eventos, eso nos dirá que quizá hay algo mal en esta idea, o que la formación de agujeros negros es mucho más rara de lo que pensamos”, dice.

Fuente: Phys.org


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