Primeras pruebas de la formaci¨®n de un agujero negro

Los agujeros negros, aut¨¦nticos sumideros c¨®smicos donde la atracci¨®n gravitatoria es tan intensa que ni siquiera deja escapar la luz, siguen siendo de los objetos m¨¢s misteriosos del universo, si bien es imposible observarlos de forma directa. Hasta ahora tampoco se hab¨ªan podido comprobar las ideas sobre el proceso de formaci¨®n de estos objetos, pero un equipo liderado por investigadores del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias ha conseguido la primera demostraci¨®n 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 m¨¢s masivos, se encuentran en el centro de las galaxias.

Hace un mill¨®n de a?os una estrella entre 25 y 40 veces m¨¢s masiva que el Sol explot¨® como supernova, liberando en un instante una energ¨ªa equivalente a la de millares de soles. Durante gran parte de su vida, esta estrella muy masiva se hab¨ªa mantenido con brillo gracias a que quemaba en su n¨²cleo el elemento hidr¨®geno y lo convert¨ªa en helio, una reacci¨®n nuclear que libera gran cantidad de energ¨ªa. Acabado el hidr¨®geno, la estrella us¨® otros elementos como combustible y los convirti¨® a su vez en otros elementos cada vez m¨¢s pesados. Pero cuando no qued¨® nada que quemar, la estrella dej¨® de emitir energ¨ªa y su propia fuerza gravitatoria la hizo colapsar y morir como supernova. Tras la explosi¨®n se form¨® un agujero negro. Esto es lo que los astrof¨ªsicos saben ahora, gracias al trabajo de investigadores del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias (IAC) y de la Universidad de California que se publica hoy en la revista Nature.

Historia

Hasta ahora s¨®lo se sab¨ªa de la existencia del agujero negro, detectado en 1994 por la r¨¢pida rotaci¨®n de una peque?a estrella que gira a su alrededor. El sistema agujero negro-estrella catalogado como GRO J1655-44, o Nova Scorpii 1994, es uno de los m¨¢s estudiados de este tipo, pero no hab¨ªa sido posible hasta ahora reconstruir su historia. "Nuestro trabajo demuestra que el agujero negro se form¨® tras la explosi¨®n de una supernova", explica Rafael Rebolo, del IAC, uno de los autores, que espera cierta pol¨¦mica derivada del hallazgo. Las hip¨®tesis 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 explosi¨®n de supernovas", dice John Cowan, de la Universidad de Oklahoma, que comenta el hallazgo en la misma revista.

Para obtener los datos bast¨® una hora de observaci¨®n con el telescopio Keck, de Hawai. Los investigadores no se centraron en el agujero, que no puede observarse porque no brilla, sino en la peque?a estrella que gira a su alredor: con un espectr¨®grafo analizaron la luz de esta estrella y buscaron la firma de los elementos qu¨ªmicos que la componen.

"Encontramos que la atm¨®sfera de la estrella tiene diez veces m¨¢s ox¨ªgeno, magnesio, silicio y azufre que el Sol, y ¨¦stos son elementos pesados que s¨®lo se forman a miles de millones de grados en el n¨²cleo de estrellas muy masivas que acaban su vida como supernovas", explica Rebolo. As¨ª, la estrella compa?era del agujero negro, que ahora tiene estos elementos, debi¨® contaminarse durante la explosi¨®n.

La masa actual del agujero negro puede inferirse por el movimiento de su estrella compa?era, para contrarrestrar as¨ª su intensa atracci¨®n. La estrella est¨¢ a 17 millones de kil¨®metros del sumidero y tarda apenas unos d¨ªas en completar un giro a su alrededor. El agujero negro tiene un di¨¢metro de s¨®lo unos kil¨®metros, pero su masa es entre ocho y diez veces superior a la del Sol.

En torno a la estrella compa?era se ha formado ahora un disco de material que alimenta al agujero negro, pero lo hace poco a poco. Seg¨²n los investigadores, a corto plazo la estrella no corre el riesgo de ser devorada por el agujero negro. "El agujero chupa una diezmilmillon¨¦sima parte de la materia de la estrella compa?era cada a?o, o sea que tardar¨¢ al menos 10.000 millones de a?os en caer", estima Rebolo.

Preguntas

El hallazgo podr¨ªa tener a¨²n m¨¢s relevancia si se confirmara lo que de momento todav¨ªa es una sospecha: que la explosi¨®n que dio lugar al agujero negro no fue una supernova sino una hipernova, una explosi¨®n del mismo tipo, pero mucho m¨¢s violenta, originada por una estrella muy masiva en rotaci¨®n. Es la hip¨®tesis favorita de Rebolo. Para Cowan, "a¨²n quedan preguntas sin responder. No sabemos qu¨¦ porcentaje de los agujeros negros pasan por una etapa intermedia de su formaci¨®n como supernovas. Las supernovas son acontecimientos raros. En nuestra galaxia ocurre una cada 100 a?os. As¨ª que puede que estrellas m¨¢s masivas que 40 masas solares colapsen directamente y den lugar a un agujero negro o puede haber casos en que se formen simult¨¢neamente una supernova y un agujero negro".