Ilustración de una estrella similar al sol orbitando alrededor de un agujero negro(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
La muerte por agujero negro no siempre es inevitable para las estrellas que existen en sistemas binarios con uno de estos titanes cósmicos.
Es posible que las estrellas pequeñas de estos sistemas puedan esquivar el destino esperado: supernovas violentas que acaben en la creación de otro agujero negro. También se cree que este mecanismo esperado convierte a las estrellas pequeñas en aperitivos para sus compañeras de agujero negro.
La revelación llega por cortesía de dos extraños sistemas binarios de agujeros negros descubiertos por el telescopio espacial de alta precisión Gaia, que rastrea estrellas. Los sistemas contienen dos de los agujeros negros más cercanos a la Tierra.
Los agujeros negros se denominan BH1 y BH2 y se encuentran a sólo 1.560 y 3.800 años luz de la Tierra, en la constelación de Ofiuco. Los sistemas en los que habitan contienen estrellas en órbitas amplias que no están siendo alimentadas por sus compañeras de agujero negro y que aún se encuentran en la misma fase de evolución que el Sol.
Esto es extraordinario, ya que se supone que las estrellas compañeras no sobreviven a la transformación de su estrella masiva compañera en un agujero negro. Esto se debe a que la transformación en agujero negro es violenta y turbulenta, ya que las estrellas masivas se hinchan y engullen a sus compañeras antes de explotar y azotar a las compañeras más pequeñas con material estelar y energía suficiente para destruirlas o expulsarlas de su órbita. Esto significa que las pequeñas estrellas compañeras de los agujeros negros suelen ser destruidas, devoradas o expulsadas.
Por lo general, este destino queda sellado por interacciones como las transferencias de masa entre las pequeñas estrellas compañeras y las estrellas masivas que dan origen a los agujeros negros, o «estrellas progenitoras», antes de su muerte.
«Investigamos una forma de evitar una interacción de la progenitora del agujero negro con su compañera», explicó a universeexpedition.com el autor principal de la investigación, Matthias Kruckow.
Estos resultados te dejarán boquiabierto
Con masas alrededor de 10 veces la del Sol, las estrellas que murieron para dar origen a los agujeros negros BH1 y BH2 deberían haber sido tan grandes que interactuaron con sus estrellas compañeras más pequeñas durante sus muertes.
Sin embargo, si este hubiera sido el caso, entonces las estrellas compañeras de BH1 y BH2 deberían haber sido forzadas a salir de su vida en la secuencia principal; esta etapa representa el 90% de la vida de una estrella, durante la cual es una estrella ordinaria como el sol que quema hidrógeno para forjar helio en su núcleo. Sin embargo, parece que las estrellas que acompañan a BH1 y BH2 podrían estar aún en la fase de secuencia principal, aunque esto todavía no está claro. Además, la transferencia de masa entre las estrellas compañeras y las estrellas que murieron para crear estos agujeros negros debería haber estrechado las órbitas de estos sistemas.
En estos casos, se desarrollan sistemas con agujeros negros en binarias con estrellas compañeras. Sin embargo, en estos casos, las estrellas compañeras en estas órbitas cerradas estarían tan cerca del agujero negro que este titán cósmico comenzaría a despojarse de material estelar. Este material formaría un disco de material alrededor del agujero negro que lo alimentaría gradualmente.
Ilustración de un evento de disrupción de marea en el que una estrella es devorada por un agujero negro (Crédito de la imagen: ESA/C. Carreau)
La inmensa gravedad del agujero negro hace que en los discos de acreción surjan tremendas fuerzas de marea que provocan ficciones y calentamientos que dan lugar a la emisión de radiación electromagnética, incluidos los rayos X.
Así, las binarias agujero negro/estrella suelen identificarse por sus fuertes emisiones de rayos X. Sin embargo, los sistemas BH1 y BH2 carecen de estas firmas de rayos X.
Si las estrellas hubieran estado lo suficientemente cerca de sus compañeras de agujero negro, podrían incluso haber sido aplastadas y estrujadas hasta formar una hebra de pasta estelar por la inmensa gravedad y las fuerzas de marea generadas en su interior. Esta muerte por «espaguetización» y devoración de material estelar se conoce como Evento de Disrupción de Marea o «TDE». Se asocian a emisiones brillantes de radiación. Y, de nuevo, es algo que las estrellas alrededor de BH1 y BH2 han evitado.¿Pero cómo?
La respuesta está soplando en el viento
Siguiendo la evolución de estrellas con masas superiores a 80 veces la del Sol, Krucow y equipo dan con una solución y un posible mecanismo de supervivencia para las pequeñas estrellas alrededor de los agujeros negros.
Kruckow explicó que la clave de la supervivencia son los fuertes vientos que soplan de estrellas extremadamente masivas con altas concentraciones de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, que los astrónomos llaman «metales». Estos vientos no sólo ayudan a evitar que se produzca la transferencia de masa entre las estrellas antes de que se forme el agujero negro, sino que también hacen que la estrella progenitora masiva pierda masa y se encoja. Los fuertes vientos de la estrella masiva también empujan a la estrella compañera hacia una órbita más amplia.
Estos elementos ayudan a proteger a la estrella compañera de ser engullida cuando sus masivas compañeras se convierten en supernovas. Los mismos factores también crean una órbita más amplia que impide que la estrella experimente una muerte espantosa vía TDE o que sea alimentada por su compañera de agujero negro.
El hecho de que tanto BH1 como BH2 tengan masas similares indicó al equipo que ambos sistemas siguieron este mismo canal de evolución.
«Fue esclarecedor que los vientos en las distintas fases de la evolución estelar sean responsables de las diferentes características de este tipo de sistemas binarios», dijo Kruckow.
Gaia también ha descubierto un tercer sistema binario de agujeros negros, que, según reveló Kruckow, parece ser un tipo diferente de sistema. «Gaia BH3 es muy diferente en muchos aspectos, no sólo su masa diferente, sino que el compañero tiene una metalicidad diferente, que es mucho menor que para Gaia BH1 y BH2», dijo Kruckow. «Además, Gaia BH3 está asociada a una corriente de estrellas, que se cree que es el remanente de un cúmulo estelar».
Diagrama que muestra la ubicación de los tres agujeros negros descubiertos por Gaia, incluidos los extraños sistemas BH1 y BH2. (Crédito de la imagen: ESA/Gaia Collaboration)
Aunque estos vientos y las amplias binarias que los vientos contribuyen a crear son útiles para la supervivencia de las pequeñas estrellas alrededor de los agujeros negros, son en cierto modo un obstáculo para los astrónomos a la caza de estos sistemas.
Kruckow explicó que esta órbita más amplia dificultó inicialmente la confirmación de que BH1 y BH2 eran binarias, ya que los astrónomos sólo podían observar los elementos estelares similares al Sol, mientras que sus compañeras del agujero negro permanecían invisibles.
«Además, los largos periodos necesarios para volver a observar la estrella durante mucho tiempo para cubrir la órbita completa. Esto es necesario para diferenciar las binarias de los sobrevuelos aleatorios», añadió Kruckow.
El investigador explicó que Gaia está diseñado para hacer imágenes con muy alta resolución, lo que significa que una comparación de imágenes permite a los astrónomos ver el diminuto movimiento que tienen esas estrellas distantes.
«Por el momento, esta es la única forma de detectar estos amplios sistemas binarios de agujeros negros y estrellas», dijo Kruckow.
(Crédito de la imagen: SA, CC BY)
«Por desgracia, es muy incierto lo comunes que pueden ser sistemas como los de BH1 y BH2, pero esperamos que haya entre cientos y miles de ellos en nuestra galaxia», dijo Kruckow. «La incertidumbre procede del desconocimiento de las estrellas extremadamente masivas que forman agujeros negros. Especialmente cuando esas estrellas están en binarias».
A pesar de esta incertidumbre, el equipo espera que Gaia sea capaz de descubrir varios por ciento de estas binarias en la Vía Láctea.
«Así, podemos esperar que se descubran entre decenas y cientos con las próximas entregas de datos de Gaia», concluyó Kruckow.
La investigación del equipo está disponible como preimpresión en el repositorio arXiv.
