Observa cómo un agujero negro cae sobre una estrella y la hace explotar

Es el mayor misterio cósmico del año: ¿cómo un agujero negro destruyó una estrella y qué tipo de agujero negro es el culpable?

Astrónomos de todo el mundo llevan investigando el caso desde el 2 de julio, cuando recibieron mensajes de texto alertándoles de que el telescopio espacial Fermi de rayos gamma de la NASA había detectado señales en rayos gamma, la forma de luz más energética que se conoce. 

Los rayos gamma son una señal bien conocida de los agujeros negros que destruyen objetos cósmicos como las estrellas. Esto se debe a que estos eventos liberan una enorme cantidad de energía.

Normalmente, los llamados “estallidos de rayos gamma”, destellos repentinos de radiación extremadamente energética procedente del cosmos, duran entre un segundo y media hora de media. Este estallido persistió durante siete horas, lo que lo convierte en el estallido de rayos gamma más largo jamás registrado.

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Otra pista extraña provino del Einstein Probe, un satélite chino y europeo, que observó un aumento de la luz de rayos X en el mismo lugar del cielo un día antes. Normalmente, las explosiones cósmicas comienzan con la luz de mayor energía y luego disminuyen en brillo, y no al revés. No se ha observado nada parecido desde el descubrimiento de los rayos gamma en 1973.

“Eso lo convirtió en una explosión muy inusual y exótica que probablemente nunca habíamos visto antes”, asegura Eleonora Troja, astrofísica de la Universidad de Roma, Tor Vergata.

Las principales teorías sobre cómo se desarrolló el asesinato estelar describen escenarios que nunca se han observado. “Para mí, personalmente, todas las diferentes posibilidades son versiones diferentes de algo emocionante”, afirma Jonathan Carney, estudiante de doctorado de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, que dirigió un estudio sobre el evento publicado en la revista Astrophysical Journal Letters.

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Lo que sabemos sobre este estallido de rayos gamma

Este misterioso evento cósmico, denominado GRB 250702B, ha generado hasta ahora 10 artículos diferentes en el sitio web de preimpresión arXiv.org, algunos de los cuales también se han publicado en revistas revisadas por pares. Los científicos han utilizado todas las herramientas a su alcance, tanto en el espacio como en tierra, para investigar.

“Todos seguíamos trabajando el Día de la Independencia (de Estados Unidos, celebrado el 4 de julio), redactando propuestas e intentando apuntar todos los telescopios que podíamos hacia esa parte del cielo para comprender realmente lo que estaba sucediendo”, recuerda Brendan O'Connor, astrónomo de la Universidad Carnegie Mellon, que dirigió otro estudio sobre el evento, también publicado en Astrophysical Journal Letters.

Inicialmente, los científicos pensaron que las señales de rayos gamma podrían provenir del interior de la Vía Láctea, lo que sería más fácil de explicar. “Si se encuentra dentro de nuestra propia galaxia, no tiene por qué ser tan potente como si estuviera en una galaxia muy lejana”, ya que el brillo podría explicarse por un evento cósmico más común y relativamente cercano, detalla Andrew Levan, astrofísico de la Universidad Radboud de los Países Bajos.

Las observaciones posteriores rápidamente desmintieron esa teoría. Una vez que el Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA localizó con precisión el lugar del cielo donde había tenido lugar el evento, el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Chile encontró el resplandor residual junto a una mancha en el cielo, y el telescopio espacial Hubble de la NASA reveló que esa mancha era una galaxia hasta entonces desconocida. 

Luego, el telescopio espacial James Webb, que penetra a través del espeso polvo cósmico utilizando su visión infrarroja, ayudó al equipo de científicos-detectives a descubrir que la luz de la escena del crimen había estado viajando hacia nosotros durante 8 mil millones de años.

“Era aún más brillante y resplandeciente de lo que se podría pensar, porque estaba oculta detrás de una gran cantidad de polvo en la galaxia”, dice Levan.

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Los científicos que siguen esta saga coinciden en que la destrucción de la estrella debió crear un chorro de partículas que salió disparado de la escena del crimen a una velocidad cercana a la de la luz, lo que generó los rayos gamma. El gran misterio, dice Levan, es: “¿Qué es lo que provoca ese chorro en primer lugar? ¿Qué hay en el centro que realmente impulsa ese chorro?”.

Ahí es donde los científicos discrepan.

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El agujero negro se fusiona con la estrella antes de devorarla

Algunos científicos aseguran que la señal de rayos gamma se parece a otras que se han observado en agujeros negros con una masa entre 5 y 30 veces superior a la de nuestro Sol, los agujeros negros más pequeños que hemos observado. Si este pequeño agujero negro se fusionara con una “estrella de helio”, una estrella que ha perdido gran parte de su capa exterior de hidrógeno, ocurriría algo bastante espeluznante.

Los científicos afirman que el agujero negro comenzaría a devorar la estrella desde dentro hacia fuera, creando un chorro de partículas de alta energía y luz. Cuando terminara la devoración, solo quedaría el agujero negro.

“Creo que solo esa idea es bastante impresionante”, comenta Eric Burns, astrofísico de la Universidad Estatal de Luisiana, quien, junto con sus colegas, presenta pruebas de esta hipótesis en un estudio reciente publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Esto debería ocurrir en el universo, por ridículo que parezca, pero es algo que aún no hemos visto de forma concluyente”.

La prueba irrefutable que respaldaría esta teoría serían las observaciones de una supernova, es decir, fragmentos de la estrella que fueron expulsados al espacio en lugar de ser devorados. Sin embargo, el espeso polvo de la galaxia donde ocurrió esto y la alineación con la Vía Láctea podrían haberlo ocultado, incluso a la vista del telescopio Webb.

Un agujero negro de masa intermedia desgarra una estrella

Otros científicos sostienen que la evidencia forense podría apuntar alternativamente a un agujero negro de masa intermedia como culpable. Eso sería científicamente emocionante porque la mayoría de los agujeros negros del universo son de masa estelar o supermasivos, con un peso superior a 100 000 soles. Los que se encuentran entre ambos, con masas de entre 100 y 100 000 soles, son mucho más difíciles de encontrar. De hecho, todavía existe controversia sobre cuáles de los agujeros negros conocidos, si es que hay alguno, tienen realmente una “masa intermedia”.

En este escenario, la intensa atracción gravitatoria de un agujero negro de masa intermedia errante habría destrozado una enana blanca, una estrella anteriormente similar al Sol que ha llegado al final de su vida. Esta es una forma menos dramática de destruir una estrella que hacerla explotar desde dentro.

El problema con esta explicación es que la variabilidad (los altibajos del brillo de los rayos gamma) observada por el telescopio Fermi solo se ha asociado con agujeros negros de masa estelar, dice Burns.

Concretamente, “los objetos más grandes tardan más tiempo en verse afectados por un evento”, explica Burns. En términos prácticos, esto significa que un telescopio no puede ver el aumento y la disminución de la luminosidad más rápido que el tiempo que tarda la luz en atravesar todo el agujero negro. Dado que Fermi observó una variabilidad en una escala de tiempo de un segundo, esto indica que el agujero negro tiene que ser relativamente pequeño.

Aunque algunos científicos indican que no se puede descartar la hipótesis del agujero negro de masa intermedia, “para mí, esto es más como comparar caballos con unicornios”, comenta Burns.

Otra opción es que un agujero negro de masa estelar pudiera haber destrozado a su estrella compañera, un escenario denominado “evento de disrupción micro-mareal” que normalmente ocurre con agujeros negros supermasivos. Esto es más plausible que la hipótesis de que el culpable sea un agujero negro intermedio, sostiene Eliza Neights, investigadora del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, quien dirigió el trabajo sobre el artículo El agujero negro que se come una estrella junto con Burns. 

Aun así, ella, Burns y sus coautores sostienen que la rápida variabilidad de la señal respalda la idea de que un agujero negro se fusionó con una estrella y luego la hizo explotar.

La explosión de rayos gamma sigue sin resolverse

Por ahora, las discusiones sobre el tamaño del agujero negro y los métodos que utiliza para destruir estrellas siguen sin resolverse, y algunos dicen que aún no se ha llegado a una conclusión definitiva sobre una explicación frente a otra. Los astrónomos están buscando más pistas sobre lo que ocurrió observando las secuelas de la destrucción de la estrella en rayos X y ondas de radio.

“Cada vez que abrimos una nueva ventana a nuestro universo, comprendemos que no lo entendíamos”, reconoce Troja. “Quizás sea un recordatorio del asombro, de la grandeza de nuestro universo”.