Parece de película pero los científicos confirman que es real: un agujero negro acaba con una estrella de Andrómeda

Un equipo internacional de astrónomos liderado por Kishalay De, investigador del Flatiron Institute de la Simons Foundation, ha documentado por primera vez cómo una estrella masiva desaparece colapsando directamente en un agujero negro, sin provocar la espectacular explosión de una supernova como es habitual. Este evento ha permitido observar por primera vez el proceso de formación de un agujero negro estelar. La protagonista de esta historia cósmica, denominada M31-2014-DS1, habitaba la galaxia de Andrómeda, a unos 2,5 millones de años luz de la Tierra.

Los hallazgos fueron publicados en la prestigiosa revista Science, y revelan que el caso de M31-2014-DS1 es excepcional. La mayoría de las estrellas masivas explotan en supernovas al final de su vida, pero el núcleo de ésta colapsó sobre sí mismo y formó un agujero negro; mientras, las capas externas de la estrella fueron expulsadas de forma lenta y gradual. «El fenómeno permitió observar por primera vez la formación completa de un agujero negro a partir de una estrella agonizante», explicó Kishalay De. «Esta estrella solía ser una de las más luminosas de Andrómeda, y de repente desapareció. Imaginen que Betelgeuse desapareciera de la noche a la mañana; sería un verdadero escándalo», agregó el científico.

El misterio de un agujero negro

El colapso de M31-2014-DS1 representa un fenómeno que los astrónomos denominan «supernova fallida». Lo que ocurre es que la explosión que debería expulsar las  capas externas de la estrella no logra generar suficiente velocidad para que el material escape del campo gravitacional. Como resultado, la mayor parte del material estelar cae de nuevo sobre el núcleo que ha colapsado, dando lugar a un agujero negro.

El equipo de De estudió durante casi dos décadas los datos de telescopios espaciales y terrestres, incluyendo observaciones de Hubble, Spitzer, NEOWISE, Pan-STARRS y Gaia. «El telescopio espacial Hubble registra los cambios en las atmósferas de los planetas exteriores de nuestro sistema solar e inspecciona mundos alrededor de otras estrellas. Estudia los reinos del nacimiento y la muerte de las estrellas, la evolución de las galaxias y los orígenes y la evolución de nuestro universo. No hay ningún aspecto de la astronomía que no haya sido abordado por los descubrimientos de Hubble», explica la NASA.

Gracias a estos registros, los investigadores pudieron reconstruir cómo la estrella, identificada previamente como una supergigante amarilla, comenzó a perder luminosidad progresivamente y a generar polvo a partir de sus capas externas.

«El movimiento de gases dentro de la estrella, conocido como convección, impidió que las capas externas cayeran de inmediato en el agujero negro», señaló la investigadora Andrea Antoni, miembro del equipo. «Ese material tiene momento angular, por lo que orbita y cae en espiral durante décadas, no en meses, liberando lentamente polvo y gas caliente que aún podemos detectar».

La ciencia detrás del evento

Mientras que una supernova clásica libera energía suficiente para expulsar toda la envoltura estelar, en este caso, la pérdida de energía gravitacional en neutrinos y la retroalimentación de la acreción ineficiente sólo permitieron expulsar una pequeña parte del material. Esto explica por qué la estrella desapareció sin generar un estallido brillante visible a gran distancia.

«Sabíamos que los agujeros negros deben provenir de estrellas. Con estos dos nuevos eventos, podemos observar cómo ocurre y, de paso, aprender muchísimo sobre cómo funciona ese proceso», afirma Morgan MacLeod, profesor de astronomía en Harvard y coautor del artículo.

Los investigadores lograron modelar la tasa de caída del material sobre el agujero negro, que inicialmente superaba la tasa de Eddington, que representa la tasa máxima teórica de brillo y, por tanto, de crecimiento de masa que un objeto puede sostener sin que la radiación impida que más materia caiga hacia él. Durante la fase super-Eddington, la luminosidad emergente se mantuvo estable entre el 30 y el 50% de este límite, y posteriormente disminuyó de manera proporcional al decrecimiento de la tasa de acreción, alineándose con las observaciones de M31-2014-DS1.

«La historia apenas comienza», afirmó Kishalay De. «Este caso será un modelo de referencia para comprender la muerte de estrellas masivas y el nacimiento de los objetos más enigmáticos del cosmos».

Aunque M31-2014-DS1 ha desaparecido del espectro óptico, gracias al infrarrojo los investigadores pueden seguir estudiando cómo interactúa la materia con campos gravitacionales extremos y cómo se distribuye alrededor de un agujero negro recién formado. Los astrónomos esperan que los próximos años de observación permitan registrar la evolución del polvo circunestelar, la emisión residual y posibles señales de acreción adicional.

El caso de M31-2014-DS1 confirma la existencia de «supernovas fallidas», al tiempo que proporciona la evidencia directa de cómo una estrella puede desaparecer silenciosamente, dejando tras de sí un agujero negro.

«Estamos apenas comenzando a descubrir cuántas estrellas terminan como agujeros negros sin explosión. Cada nueva observación nos acerca a entender los procesos más extremos del cosmos», concluyó De. «Este evento será estudiado y citado por generaciones de astrónomos como un ejemplo paradigmático del nacimiento de un agujero negro».