Agujeros negros

Los agujeros negros han sido durante muchos años uno de los objetos celestes más enigmáticos. ¿Qué son realmente estos sumideros interestelares?

Todos los asteroides, planetas y estrellas poseen un campo gravitatorio a su alrededor. O lo que es lo mismo, atraen a otros objetos. Imaginemos que lanzamos una pelota de tenis a 100 km/h en dirección al cielo ¿logrará escapar de la gravedad terrestre? No. Para escapar de la Tierra necesitaríamos que la pelota alcanzara una velocidad de 39 600 km/h. A esto se le denomina velocidad de escape. Sabemos que la velocidad máxima que puede alcanzar cualquier partícula conocida es de 300 000 km/s, la velocidad de la luz. Podríamos preguntarnos ¿existe algún objeto tan denso cuya velocidad de escape sea superior a la velocidad de la luz? Estos son los agujeros negros.
La idea de los agujeros negros fue propuesta ya en 1783 por el inglés John Mitchell, quien calculó que la luz no escaparía a un cuerpo con 500 veces el diámetro del Sol y de igual densidad.
La existencia de los agujeros negros no fue demostrada hasta hace pocos años. Ya que por sí mismos no emiten luz -es evidente, no la dejan escapar-, se buscaron en sistemas binarios.  En los sistemas dobles en los que existen agujeros negros y estrellas normales, normalmente el monstruo de las estrellas engulle las partes exteriores de su compañera. Se crean discos de materia alrededor del agujero negro que va cayendo en forma de espiral al interior del agujero. La materia al girar se forma cada vez más rápida se calienta a altas temperaturas y llega a emitir en rayos X.
Los astrofísicos encontraron algunos de estos sistemas binarios fuentes de rayos X. Calculando las masas de sus componentes, llegaron a desmostrar la existencia de varios agujeros negros.
Ahora bien ¿cómo llegó a formarse el agujero negro? Esto es lo que han venido a responder los investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) en colaboración con un grupo de la Universidad de California en Berkeley mediante observaciones realizadas con el Telescopio Keck I de 10 metros en Hawai.
El objeto de estudio es la Nova Scorpii 1994. Estudiando la descomposición de luz de la estrella normal de este sistema se encontraron en su atmósfera trazas abundantes de elementos pesados como el oxígeno, magnesio, silicio y azufre, en una cantidad 10 veces mayor de la que podemos observar en el Sol. Estos elementos tan pesados son extraños de encontrar en las estrellas de tipo solar, formadas casi en su totalidad por hidrógeno y helio.

De estrella a supernova.

Según la teoría de la Gran Explosión, en el comienzo el Universo sólo se creó hidrógeno y helio en abundancia, el resto de elementos originales se encuentran en cantidades meramente presenciales. El carbono, hierro, silicio e incluso oro y plata que existen en la Tierra fueron creados en las estrellas, pero no en todas las estrellas. En realidad, las estrellas son fábricas de átomos. Gracias a la gran densidad y temperatura que existe en su interior, consumen elementos ligeros y los convierten en un elementos más pesados.  Como subproducto de la conversión se emite energía. Esto es lo que se llama fusión nuclear.
En las estrellas parecidas al Sol, sólo se puede llegar a fusionar el hidrógeno en helio, y el helio en carbono. Su vida es de varios miles de millones de años y mueren como estrellas gigantes rojas, frías, expulsando sus capas exteriores al espacio en forma de nebulosas planetarias y dejando el núcleo al descubierto: una enana blanca.
Las estrellas que son más masivas que el Sol mueren muy rápidamente, del orden de varios millones de años. Las fases por las que pasan son:




hidrógeno -> helio
helio -> carbono
carbono -> neón
neón -> oxígeno y magnesio
oxígeno -> silicio y azufre
silicio -> hierro Cuando una estrella de este tipo intenta fusionar el hierro en algo más masivo, se da cuenta de que este proceso no emite energía, sino que la necesita. Sin su pilar -la energía de fusión- el "edificio estelar" se desploma instantáneamente.
El proceso no está del todo claro, pero parece que en el desplome se produce una onda de choque de inmensas proporciones que se desplaza al exterior. En su encuentro con la materia de la estrella, la onda de choque aumenta la temperatura local de forma drástica y por unos instantes se fusionan átomos. La explosión hace añicos la mayor parte de la estrella. La explosión, rivaliza en brillo durante semanas con el resto de miles de millones de estrellas de su propia galaxia. Este evento se conoce como supernova de tipo II.

Novas, supernovas, hipernovas y agujeros negros.

No toda la estrella sale expulsada al espacio exterior. Buena parte del núcleo implosiona y genera un nuevo cuerpo, que depende de la masa que haya quedado. Los púlsares son faros estelares que emiten pulsos de energía por sus polos magnéticos. Los púlsares son estrellas de neutrones, con sus polos magnéticos dirigidos hacia la Tierra -por eso los vemos pulsar-. Una estrella de neutrones es un cuerpo celeste realmente complejo, porque la densidad y presión ha sido tal que los protones y electrones originales de la estrella se han combinado para formar neutrones. Hasta ahora se había demostrado efectivamente que algunas supernovas generan estrellas de neutrones. Pero el núcleo de otras supernovas es más masivo y logra convertirse directamente en agujero negro: un cuerpo que podría ser infinitamente pequeño y en el que las leyes que rigen en su interior se nos escapan -quizás solo por ahora-.

El descubrimiento.

Por fín, los investigadores del IAC y de Univeridad de California han demostrado que las estrellas de unas 30 masas la del Sol generan un agujero negro estudiando la Nova Scorpii 1994.

Se usó el Telescopio Keck I, el más grande del mundo, situado en Hawai, para registrar el espectro del sistema y así conocer la evolución de su composición. El grupo se encontró con que la atmósfera de la estrella "normal" presentaba abundancia mucho mayor de lo esperado de elementos pesados tales como el oxígeno, magnesio, silicio y azufre. Como hemos visto, estos elementos no se encuentran en las atmósferas de las estrellas de tipo solar. ¿Cómo llegaron a la atmósfera de la estrella?




Según han explicado en Nature, una estrella de entre 25 y 40 veces la masa del Sol habría explotado como hipernova. Parte de la estrella colapsó generando el agujero negro y el resto del material de la estrella, en su mayor parte en forma de oxígeno, salió expulsado a gran velocidad. Este material habría llegado a la estrella compañera.
El equipo de astrofísicos ha puesto de manifiesto que la abundancia relativa de estos elementos en la atmósfera de la estrella coinciden con los que generaría una hipernova. Las hipernovas son supernovas con una explosión mucho más violenta que se propusieron el pasado año para explicar la emisión de rayos gamma por una supernova, como el GRB 980425 en la galaxia ESO 184-G82 (la otra explicación era el choque de dos estrellas de neutrones). Otras comprobaciones adicionales incluyen la de la masa del agujero negro resultante, que también coincide con las predicciones.
Esta investigación coincide con las realizadas de forma independiente por un equipo de la Univerisad de Tokyo, liderados por el profesor Ken Moto.

Últimas palabras.

En realidad, existen estudios que relacionan las extinciones masivas con la ocurrencia de supernovas cercanas al Sistema Solar, que podrían volatilizar las capas altas de la atmósfera y rociar a la vida sobre la Tierra de partículas cósmicas. De hecho, los astronómos están muy atentos a la evolución de eta Carinae, en el Hemisferio Sur, una superestrella de nada menos que 100 veces la masa solar y a sólo 7500 años luz de nosotros. eta Carinae es una candidata a hipernova con todos los boletos comprados, la cuestión es ¿cuando se celebrará el sorteo?

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