Astrofísica: un agujero negro cercano a la Tierra

Recientemente, el Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés) anunció la detección de un agujero negro en el sistema estelar HR 6819, a tan sólo 1.000 años luz de la Tierra.

El descubrimiento fue destacado por tratarse del agujero negro conocido más cercano a nosotros que, además, se encuentra en un sistema estelar observable a simple vista en el cielo. Las observaciones muestran que HR 6819 es un sistema triple. Contiene dos estrellas luminosas, más masivas que nuestro Sol, una de las cuales orbita a muy corta distancia de un tercer objeto invisible de al menos cuatro masas solares, que no brilla con la luminosidad de una estrella. El único tipo de objeto conocido con estas características es un agujero negro.

Poderosas explosiones

Las estrellas brillan gracias a que en su interior ocurren reacciones nucleares. Al salir, la energía ejerce presión sobre la materia de la estrella, ayudando a sostener su estructura contra la fuerza de gravedad que tiende a comprimirla. En aquellas de más de ocho masas solares, cuando el combustible que provee la energía se agota, el núcleo de la estrella colapsa y la envoltura es expulsada al espacio en una poderosa explosión que llamamos supernova. El remanente de la estrella es un objeto muy compacto, con una masa varias veces la del Sol confinada en unos pocos kilómetros (el Sol, por comparación, tiene 696.000 km de radio). Si su masa es menor a tres masas solares aproximadamente, el colapso se detiene formado una estrella de neutrones de una decena de kilómetros de radio, que brilla irradiando su energía al espacio mientras se enfría. Si, por el contrario, el remanente conserva una masa mayor al límite mencionado, no se conoce fuerza capaz de detener el colapso. A medida que su tamaño disminuye, la intensidad de la gravedad en su superficie aumenta, hasta que cualquier cosa ubicada sobre ella necesitaría moverse más rápido que la luz para escapar del remanente. Se forma entonces un agujero negro, ya que la luz no puede salir de dicho objeto. Ésta es la única interpretación que conocemos para observaciones como las del ESO, que muestran la existencia de un objeto de más de tres masas solares que no brilla como una estrella.

¿Cómo averiguamos la masa de un objeto invisible? ¿Cómo podemos medir el brillo de algo que no observamos con el telescopio? Podemos medir la masa porque la órbita de la estrella compañera -que sí observamos- depende de ella. La distancia y velocidad medidas para la compañera visible en HR 6819 nos indica que el objeto invisible debe tener al menos cuatro masas solares. Sabemos qué rango de luminosidades puede tener una estrella de cuatro masas solares, porque observamos muchas de ellas en nuestra galaxia. A la distancia que se encuentra HR 6819, deberían ser fácilmente observables por los telescopios del ESO. Inferimos por lo tanto que el objeto encontrado en este sistema tiene un brillo mucho menor al de una estrella de su masa, y por lo tanto concluimos que es un agujero negro.

Creencia no verdadera

Los agujeros negros son objetos muy interesantes. Una creencia popular -errónea, por cierto- dice que su gravedad es tan intensa que todo lo que está cerca termina dentro de ellos. La gravedad es intensa en su superficie, pero decae a medida que uno se aleja, del mismo modo que la gravedad de cualquier otro objeto de la misma masa. Si el Sol se transformara en agujero negro (para lo cual debería comprimirse a un tamaño de sólo 3 km), la Tierra continuaría en su órbita. La única característica distintiva del agujero negro es que si algo se interna dentro de él, no puede salir. Esto es así porque nada puede moverse más rápido que la luz. Es cuestión, por lo tanto, de evitar las trayectorias que pasen por dentro del mismo.

Es justamente su característica distintiva lo que hace a los agujeros negros tan difíciles de detectar. Afortunadamente, muchos de ellos tienen compañeras tan cercanas que parte de la materia de las mismas no puede evitar caer hacia el agujero negro. A este proceso lo llamamos acreción. Antes de entrar al agujero negro, la materia acretada se calienta a millones de grados y brilla emitiendo rayos X que podemos observar. Hay una veintena de sistemas en nuestra galaxia que revelan la presencia de agujeros negros de esta forma, pero estos corresponden solamente a los agujeros negros acretantes. Aquellos no acretantes no brillan en rayos X, y sólo podrían encontrarse si tienen compañeras cuyas órbitas se puedan determinar, como en el caso de HR 6819.

Las teorías sobre la evolución estelar indican que, por la cantidad de estrellas que contiene nuestra galaxia, debería haber cientos de millones de agujeros negros en ella. La importancia de las observaciones realizadas en el ESO radica justamente en confirmar la existencia de estos agujeros negros estelares no acretantes, y en proveer indicios sobre en qué tipo de sistemas buscarlos, para investigar si esta inmensa población de agujeros negros realmente existe, o si debemos mejorar nuestras teorías sobre la evolución de las estrellas.

*Investigador de Conicet- Instituto de Astronomía y Física del Espacio (UBA-Conicet) y Presidente de la Asociación Argentina de Astronomía