Hace poco me encontré con una amiga que hacía mucho tiempo que no veía. La encontré más feliz que de costumbre y se lo hice notar. Me dijo que se sentía liberada porque había terminado una relación con una pareja problemática. Su ex-pareja era una persona absorbente, egocéntrica y de la que nunca se podía saber lo que pensaba, porque no expresaba sus sentimientos. “Nada salía de su interior”, me decía mi amiga, mientras “mi mente astronómica” hacía una loca asociación de ideas… con una pareja de estrellas estudiadas recientemente por un equipo de astrónomos de mi Instituto. Y es que, a diferencia de los seres humanos que pueden desligarse de sus parejas problemáticas, a las parejas de estrellas no les es tan fácil separarse. Menos aún, si una de las estrellas del par es, en realidad, ¡un siniestro agujero negro!
Pero dejemos de lado estas comparaciones absurdas y enfoquémonos en el tema astronómico que nos interesa. Destaquemos primero que más del 80% de las estrellas que vemos en el cielo “viven en pareja”, es decir, aunque las veamos como un único punto luminoso, en realidad son dos (o algunas más) estrellas unidas por la fuerza de la gravedad mutua. Como la distancia a esas estrellas es tan grande, a la gran mayoría, no podemos distinguirlas como objetos separados, ni siquiera con los mayores telescopios de nuestro planeta. En Astronomía llamamos “sistemas binarios” a estos pares de objetos, los cuales tienen un enorme valor porque brindan mucha información sobre las estrellas que los componen y sus relaciones.
Como segundo dato (y a semejanza de las parejas humanas), debemos notar que las combinaciones de estrellas pueden ser muy dispares. Una estrella muy grande dominando a otra pequeña. Dos estrellas con mucha masa en una especie de danza imponente en torno a un punto ubicado entre ambas. Estrellas que están tan cercanas unas de otras que intercambian parte de su materia y que, en algunas ocasiones, hasta pueden llegar a fusionarse en una única estrella.
Recordemos también que las estrellas “evolucionan”. Es decir, no son eternas, aunque son extraordinariamente longevas en términos humanos. Al ritmo de sus cambios internos, a medida que van envejeciendo, las estrellas aumentan notoriamente su tamaño, pasando de ser estrellas “enanas” (como nuestro Sol) a ser estrellas “gigantes“. Puede darse que, en un sistema binario, una de las estrellas tenga tanta masa que evolucione mucho más rápido que su compañera. Entonces sus cambios internos la llevarán a un estado de total desequilibrio, cuya culminación será una explosión de supernova. Esa tremenda detonación puede separar para siempre al par de estrellas, dando un terrible “puntapié” a la estrella compañera, expulsándola a gran velocidad. ¡Una terrible manera de divorciarse!
Pero, en algunas oportunidades, la estrella compañera podrá resistir la explosión de su vecina (quizás perdiendo algunas capas externas de su caliente envoltura de gas), sin abandonar el sistema. Y si la supernova fue un evento de violencia inaudita, lo que puede quedar del núcleo de la estrella que explotó es aún más inquietante: ¡un agujero negro! Así, cuando el sistema binario se reponga (“dolorosamente”) de tamaña explosión, la estrella sobreviviente se encontrará en compañía de un escalofriante agujero negro.
Mientras la explosión de la supernova dispersa el material del interior de la fatídica estrella, el agujero negro es el resultado del colapso de su núcleo original. Un núcleo estelar, aplastado sin remedio por su propia inmensa fuerza gravitatoria que lo comprime hasta dejarlo reducido a un tamaño de unos pocos kilómetros. Como todos sabemos, el agujero negro tiene tanta fuerza gravitatoria que ni siquiera la luz puede escapar de él. Sin embargo, no debemos pensar que el agujero negro es algo “todopoderoso”, que devorará inmediatamente a la estrella compañera. De hecho, si la estrella vecina está suficientemente separada, no sentirá más que algunos tironeos gravitatorios que la harán bambolear un poco. Cuando esta estrella sobreviviente empiece a envejecer y se transforme en una estrella gigante, su tamaño aumentará colosalmente. Entonces se acercará peligrosamente a la zona de riesgo del agujero negro. En ese momento, desde el punto de la estrella gigante más cercano al agujero negro, comenzará a formarse una rauda corriente de gas que empezará a caer en su poderoso vecino. La materia en caída hacia el agujero negro se verá acelerada y comenzará a brillar con una luz extremadamente energética (como si pidiera ayuda, ¡quién no lo haría!).
Justamente, uno de estos sistemas binarios tan asombrosos ha sido estudiado por el Lic. Leandro Bartolomeo Koninckx como parte de su tesis doctoral, junto a sus directores de tesis: la Dra. María Alejandra De Vito y el Dr. Omar Gustavo Benvenuto. Los tres investigadores, que son expertos en evolución estelar y en interacción de estrellas en sistemas binarios, pertenecen al IALP (CONICET-UNLP) y son docentes de la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP. Como resultado de su estudio sobre el sistema binario llamado “V404 Cygni”, han publicado recientemente un artículo científico en la prestigiosa revista científica Astronomy & Astrophysics.
V404 Cygni es un sistema binario formado por una estrella gigante y un agujero negro. La estrella gira alrededor del agujero negro en apenas 6 días y medio. El sistema destaca por su brillo intenso en rayos X (luz muy energética) y ha sufrido varios episodios de enorme aumento súbito de brillo, en los años 1938, 1989 y 2015. Por esta razón, el sistema ha sido objeto de numerosos estudios y se han determinado muy bien las características de sus componentes, con valores tales como el radio y la temperatura de la gigante, la separación entre esa estrella y el agujero negro, y la distancia del par al Sistema Solar (la cual ronda los 8.000 años luz). Usando toda esta información precisa, los investigadores del IALP pudieron construir un modelo por computadora del sistema binario, el cual es capaz de reproducir las observaciones de V404 Cygni. También, probando distintos escenarios alternativos, ellos han logrado inferir la configuración original del sistema que desembocó en el estado que conocemos actualmente, permitiendo estudiar los cambios a lo largo de la vida completa de la estrella. Ellos determinaron que el sistema original estaba formado por un agujero negro con 9 veces la masa de nuestro Sol, junto a una estrella normal cuya masa era una vez y media la masa solar. También pudieron estimar que, desde el momento en que se inició la transferencia de materia, el agujero negro ha podido colectar entre un 10 y un 30% de la masa perdida por su compañera (el resto puede haberse perdido de alguna forma del sistema). Curiosamente, sus modelos pueden dar una interesante información sobre la rotación del mismo agujero negro. Todo parece indicar que, aunque este agujero negro aumentó su velocidad de rotación al recibir la materia cedida por su vecina, antes de eso, ya contaba con un veloz giro sobre sí mismo. Quizás, en la explosión de la supernova y en la rápida compresión del núcleo original, el agujero negro haya adquirido esa rotación inicial.
Conocer las características de las estrellas interactuantes que devienen en tan extraordinarios sistemas constituye un aporte extremadamente valioso para la Astrofísica moderna. Sin dudas, este trabajo generará una gran atención en la comunidad astronómica, mostrando las capacidades que ofrece el modelado preciso de estos objetos tan extremos.
Título del artículo: “An evolutionary model for the V404 Cyg system”
Autores: L. Bartolomeo Koninckx (IALP, FCAG), M. A. De Vito (IALP, FCAG), O. G. Benvenuto (IALP, FCAG).
Enlace al artículo:
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2023/06/aa46571-23/aa46571-23.html
Redacción de la nota: Dr. Roberto O. J. Venero
Imagen adaptada de “NASA Video” (https://youtu.be/fCWteTkhd_A).