Primeras pruebas de la formación de un agujero negro

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, si bien 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 alredor: 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 contrarrestrar 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".