Los astrónomos pueden haber visto una estrella colapsar directamente en un agujero negro

Los Astronomos Pueden Haber Visto Una Estrella Colapsar Directamente En Un Agujero Negro

Uno de los tópicos básicos de la astronomía es que, cuando una estrella masiva termina su vida, se apaga con una explosión. A grande uno. Una supernova.

Esta titánica explosión se desencadena cuando la estrella se queda sin combustible nuclear en su núcleo. El núcleo colapsa en un latido del corazón, y la energía generada en ese colapso es tan inmensa que hace volar las capas externas. ¡Esta explosión es tan colosal que puede eclipsar a toda una galaxia! Mientras tanto, el núcleo colapsado puede formar una estrella de neutrones exótica, o incluso puede meterse en un agujero negro.



Ahora, me he saltado algunos pasos allí, pero esa es la imagen general (si quieres más, echa un vistazo mi episodio Crash Course Astronomy sobre estrellas de gran masa y supernovas ). Si quieres un agujero negro, tienes que hacer estallar una estrella masiva.

Excepto, tal vez no . Resulta que hay una laguna que podría permitir que una estrella eluda la parte de supernova. Se colapsa directamente en un agujero negro sin la explosión. Se libera algo de energía, pero no mucha en comparación con una supernova, y al final lo que obtienes es una situación ahora-lo-ves-ahora-no-lo-no: la estrella está ahí, y luego, de repente ... eso no es .

La idea de una supernova fallida es un problema astrofísico teórico interesante, en el que los científicos han estado trabajando durante un tiempo. Pero ha habido un desarrollo nuevo y emocionante: ¡Los astrónomos ahora creen que han visto uno!

NGC 6946Acercarse

La galaxia espiral frontal NGC 6946, que ha albergado 10 supernovas en el último siglo. N6946-BH1 no tiene anotaciones porque no explotó. Crédito: Damian Peach

La estrella en cuestión se llama N6946-BH1 y fue encontrada en un estudio muy interesante diseñado específicamente para buscar supernovas fallidas. Utilizando la Gran telescopio binocular en Arizona, se observaron una y otra vez 27 galaxias, todas dentro de unos 30 millones de años luz de la Tierra. Cada imagen se comparó minuciosamente con las demás para buscar transitorios: objetos que han cambiado de brillo. Incluso utilizando criterios bastante estrictos, se encontraron miles: las estrellas cambian de brillo por muchas razones, pero la mayoría no se debe a que se conviertan en supernovas ... o, en este caso, a que no se conviertan en supernovas.

Finalmente, el número de objetos interesantes se redujo a solo 15. Seis de ellos resultaron ser estrellas en explosión normales velocidad de la luz puede llamarse aburrida), pero nueve de ellas resultaron ser más interesantes.

De estos, todos menos uno fueron probablemente eventos inusuales, como la fusión de dos estrellas, lo que puede causar una erupción muy grande (y muy bonita), pero nuevamente no alcanza el resultado de la muerte de una estrella masiva. Cuando todo estuvo dicho y hecho, después de buscar en 27 galaxias durante siete años, solo quedó un objeto: N6946-BH1.

En imágenes anteriores, la estrella está allí, claramente vista en la galaxia NGC 6946, una hermosa galaxia espiral de frente a unos 20 millones de años luz de distancia (y una que ha tenido no menos de 10 supernovas registradas en el siglo pasado; por coincidencia uno fue visto solo este año). Luego, en imágenes posteriores, desaparece. Como, desaparecido : Desaparecido. Maricón.

N6946-BH1Acercarse

Ahora lo ves ... La estrella N6946-BH1 es visible en la imagen anterior del Hubble de 2007 (izquierda) pero desapareció en 2015 (derecha). Crédito: NASA / ESA / C. Amante (OSU)

Si hubiera explotado como una supernova, se habría visto en las imágenes. En cambio, en 2009, se volvió brevemente algo más brillante, brillando aproximadamente un millón de veces más brillante que el Sol; luego se desvaneció tanto que fue solo alrededor del 2% de su brillo anterior (es decir, antes del colapso) en 2015. Y sí, en términos humanos, un millón de veces la luminosidad del Sol es terriblemente brillante, pero en términos de una supernova, apenas vale la pena mencionarlo; una típica brillará muchas miles de millones ¡Muchas veces más brillante que el sol! Así que esto fue, en el mejor de los casos, un poco pop.

Entonces, ¿cómo sabemos que no fue una especie de supernova extraña, tal vez oscurecida por mucho polvo en la galaxia anfitriona? Este material es oscuro y opaco y puede bloquear completamente la luz incluso de una supernova normal. Las observaciones de seguimiento con el telescopio espacial Spitzer deberían revelar eso, porque la luz infrarroja puede atravesar el polvo. Spitzer vio algo de luz IR del evento, aproximadamente 2000-3000 veces la luminosidad del Sol. Nuevamente, eso es mucho, pero no se acerca a lo que esperarías de una supernova. Incluso una fusión estelar produciría más que eso.

Realmente parece que lo que queda es lo que los astrónomos habían estado buscando todo el tiempo: una supernova fallida.

Si es cierto, esto es muy interesante, de hecho. ¿Por qué? Por la física.

Video de NASA / Goddard Spaceflight Center que explica cómo una estrella puede colisionar directamente con un agujero negro.

Se necesita una estrella masiva para explotar; tiene que tener suficiente presión en el núcleo (causada por la masa de la estrella encima de ella presionando hacia abajo) para fusionar sucesivamente elementos más pesados ​​con el tiempo. Primero, el hidrógeno se fusiona en helio. Luego, cuando se agota, el helio se fusiona en carbono, y así sucesivamente, hasta que el núcleo acumula hierro. Cuando el hierro se fusiona, no libera energía; lo absorbe. Ese es un gran problema, porque es esa liberación de energía de fusión la que sostiene a la estrella (de manera similar a como el aire caliente hace que un globo se expanda). Una vez que la estrella intenta fusionar el hierro, el núcleo colapsa. Si el núcleo tiene una masa de hasta 2,8 veces la masa del Sol, forma una estrella neutrón , pero si tiene mas, forma un agujero negro .

Y en general, de cualquier manera, el colapso del núcleo desencadena la supernova en las capas externas, y kaboom .

Pero ahí es donde esto se pone divertido. Puede que no siempre suceda de esa manera. Para un rango de masas del núcleo, los cálculos teóricos muestran que la explosión puede detenerse. Las capas exteriores reciben una patada decente, pero no enorme. Estallan, pero es un evento más suave que la violencia desenfrenada de una supernova.

De hecho, eso depende de muchos factores, pero tiende a suceder cuando la masa total de estrellas es aproximadamente 25 veces la del Sol. Mirando las observaciones de N6946-BH1, esa es solo la masa que tenía.

Y hay más. Vemos que nacen muchas estrellas de gran masa en las galaxias, pero no se ven suficientes supernovas para explicarlas todas. Eso implica que las supernovas fallidas ocurren con relativa frecuencia.

Además, cuando miramos las masas de las estrellas de neutrones y los agujeros negros, encontramos que hay una brecha entre ellos; los agujeros negros de menor masa siguen siendo considerablemente más masivos que las estrellas de neutrones de mayor masa. Si todos estos objetos compactos se formaran a partir de supernovas regulares, es de esperar que haya una transición suave. Eso se debe a que, en una supernova, una gran parte del material de la estrella aún permanece cerca del núcleo, y eso puede recaer en la estrella de neutrones recién formada. Si hay suficiente, la estrella de neutrones colapsará para formar un agujero negro de baja masa. Por lo tanto, esperaría ver muchos agujeros negros justo en el límite de masa inferior. Pero no lo hacemos.

Ah, pero en el escenario de una supernova fallida, hay muchas más material sobrante: no hubo suficiente energía en el evento para volar todas las capas externas. Esto vuelve a estrellarse y agrega su masa a la de la estrella de neutrones, creando un agujero negro mucho más masivo. Entonces, en realidad, la existencia de supernovas fallidas explica muchos fenómenos diferentes.

¡Y ahora, muy probablemente, hayamos visto uno! Sin embargo, sería bueno realizar más observaciones. Por ejemplo, un agujero negro recién formado debería emitir muchos rayos X, ya que el material se calienta antes de caer. Si vemos esos rayos X, sería de gran ayuda para comprender lo que estamos viendo.

Y nuevamente, este es el primero que hemos visto. Dado el número de supernovas que fueron detectado en la encuesta, implica que algo así como el 14% de todas las muertes de estrellas de gran masa resultan en supernovas fallidas. Si ese es el caso, entonces necesitamos más ojos en el cielo buscando estos eventos. Las supernovas son las que crean y distribuyen elementos literalmente vitales para nuestra existencia: hierro, calcio y más. Sin ellos, tú y yo literalmente no existiríamos.

En mi opinión, eso hace que estos eventos sean muy dignos de nuestro estudio. Incluso cuando fallan.

Imagen Crédito: NASA / JPL-Caltech