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

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





Publicado el 1 junio, 2013 por Felipe Campos | 0 Comentarios






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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