Un grupo de investigadores ha descubierto la formación de un agujero negro sin que se produjese una supernova previa. Algo que, en teoría, puede suceder si estamos ante una estrella suficientemente masiva, pero que se ha observado en muy pocos casos, por lo que es una oportunidad muy interesante.
Un agujero negro sin supernova previa en la galaxia de Andrómeda
Las estrellas que tienen, al menos, unas ocho veces más masa que el Sol explotan al final de sus vidas como supernovas. Esas explosiones dejan tras de sí estrellas de neutrones o agujeros negros. Son tan energéticas que pueden superar en brillo a sus galaxias durante meses. Sin embargo, en esta ocasión, se cree haber observado una estrella masiva que no ha pasado por la fase de supernova y, en su lugar, se ha convertido en un agujero negro directamente. Hay que recordar que las estrellas están en un equilibrio constante entre dos fuerzas opuestas.
Por un lado, la fuerza hacia el exterior, generada por el proceso de fusión, y hacia el interior por su propia gravedad. Cuando una estrella masiva entra en la fase final de su vida, comienza a agotar su hidrógeno y su fusión se debilita. Por lo que esa presión exterior ya no puede contrarrestar su gravedad, y colapsa. Sin embargo, en ocasiones parece que las estrellas pueden saltarse la fase de supernova y convertirse en agujeros negros. El estudio que ha presentado un grupo de investigadores habla de un caso específico, una estrella supergigante en la galaxia de Andrómeda (Messier 31).
Las supernovas por el colapso de la estrella son conocidas como supernovas de tipo II. Son relativamente raras, sucediendo de media una vez cada cien años en la Vía Láctea. Son interesantes porque son las responsables de crear muchos de los elementos pesados. Sus ondas de choque, además, pueden desencadenar la formación de estrellas y crean rayos cósmicos que pueden llegar a alcanzar la Tierra. Esta nueva investigación muestra que quizá no entendamos las supernovas tan bien como se pensaba. La estrella en cuestión es M31-2014-DS1.
Las señales de una supernova fallida
En 2014, se descubrió que esta estrella aumentó su brillo en el espectro infrarrojo medio. Durante mil días, su luminosidad fue constante. Después, durante otros mil días, entre 2016 y 2019, se oscureció de una manera dramática. Es una estrella variable pero eso no es suficiente para explicar estas fluctuaciones. En 2023, la estrella no fue detectada en las observaciones en el espectro visible ni el infrarrojo cercano. Los investigadores dicen que la estrella nació con 20 masas solares. Llegó a su fase terminal con unas 6,7 masas solares.
Sus observaciones apuntan a que la estrella está rodeada de un anillo de material recién expulsado. Algo que encajaría con una supernova, pero no hay evidencias de esa explosión en el espectro óptico. Esta atenuación dramática y sostenida, explican los investigadores, es excepcional. Su caída súbita de luminosidad apunta al cese de la fusión nuclear y un choque posterior que no logró sobreponerse a la caída de material. Al no haber señales en el espectro óptico, las observaciones de M31-2014-DS1, añaden, apuntan a una supernova fallida.
¿Cuál es la explicación? A pesar de tener la masa adecuada, no llegó a explotar como supernova. La densidad en un núcleo en colapso es extrema. Los electrones se combinan con los protones, creando neutrones y neutrinos. Este proceso crea una ráfaga de neutrinos que lleva el 10% de la masa en reposo de la estrella. Es un choque de neutrinos. En un entorno normal, rara vez interactúan con la materia regular. Cada segundo, 400 000 millones de neutrinos, procedentes del Sol, pasan por la Tierra. En un núcleo estelar denso, el escenario cambia.
Un agujero negro sin supernova es muy atípico
En un núcleo estelar denso, la densidad es tan alta que parte de esos neutrinos dejan su energía en el material en su entorno, calentándolo y generando una onda de choque. El choque de neutrinos se detiene pero, en ocasiones, revive. Al hacerlo, provoca una explosión y expulsa la capa exterior de la supernova. Si no revive, la onda de choque fracasa y la estrella colapsa, formando un agujero negro. En M31-2014-DS1, la onda de choque no revivió. Los investigadores han logrado determinar la cantidad de material expulsado por la estrella.
Estuvo muy por debajo de lo que expulsaría una supernova. La mayoría del material estelar colapsó en el núcleo, superando la masa máxima de una estrella de neutrones y formando un agujero negro. Alrededor del 98% de la masa colapsó y creó un agujero negro, de unas 6,5 masas solares, sin pasar por la fase de supernova. M31-2014-DS1 no es la única supernova fallida (o posible supernova fallida) que se ha descubierto. Son difíciles de encontrar porque destacan por lo que no sucede, en lugar de lo que sí. Una supernova es difícil de ignorar, por su aparición repentina en el cielo.
En 2009, un equipo descubrió la otra supernova fallida confirmada por ahora. Una supergigante roja en la galaxia espiral NGC 6946. Se llama N6946-BH1 y tiene unas 25 masas solares. Tras desaparecer de nuestra visión, solo dejó un tenue brillo infrarrojo. En 2009, su luminosidad aumentó a un millón de veces la del Sol. En 2015, había desaparecido en el espectro óptico. Las observaciones hasta el momento apuntan a que entre el 20 y el 30% de las estrellas masivas pueden terminar en una supernova fallida, dejando un agujero negro directamente. Solo hay dos confirmaciones por ahora.
Estudio
El estudio es K. De, M. MacLeod, J. Jencson et al.; «The disappearance of a massive star marking the birth of a black hole in M31«. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
