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Las estrellas supergigantes no colisionan

Las estrellas supergigantes no colisionan
Esta es la imagen obtenida por el Telescopio Espacial Hubble de la Tarantula Nebula (30 Doradus). Es aquí donde se han descubierto recientemente las estrellas con masas entre 200 y 300 veces mayores que la de nuestro Sol. Imagen cortesía de NASA, ESA, F. Paresce (INAF-IASF, Bolonia, Italia), R. O’Connell (Universidad de Virginia, Charlottesville), y el Wide Field Camera 3 Science Oversight Committee.

 

 

Un equipo de astrónomos de la Universidad de Varsovia calcula en un billón de años el tiempo restante hasta que un fenómeno de este tipo se produzca

Uno de los fenómenos más espectaculares que cualquier persona podría observar es la colisión entre los restos de dos estrellas supergigantes, con masas que alcanzan entre 200 y 300 veces el tamaño de nuestro Sol. Quizás lo sería si llegara a darse, pero es bastante probable que el hombre nunca tenga la posibilidad de presenciarlo. Un grupo de astrofísicos del Astronomical Observatory de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia ha descubierto que la primera de estas colisiones no tendrá lugar hasta dentro de un billón de años.

Durante mucho tiempo, los astrónomos han creído que la mayor estrella del Universo no excede el tamaño de 150 veces la masa solar. De todas formas, hace tres años se descubrió que una agrupación de estrella en las Nubes de Magallanes albergaba estrellas “imposibles”, con un tamaño monstruoso de entre 200 y 300 veces el de nuestro Sol.

El hallazgo despertó mucho interés entre los astrofísicos, especialmente entre aquellos que se encontraban inmersos en la búsqueda de las ondas gravitacionales, un proyecto que se prolonga en el tiempo durante un plazo de más de un siglo. Si estas estrellas monstruo formaran parte de ajustados sistemas binarios, la colisión entre sus restos podría suceder.

De hacerlo, las ondas gravitacionales que ese evento generaría serían lo bastante poderosas como para que incluso los detectores actuales pudieran sentirlas, y eso estando a distancias mucho mayores que las típicas para los agujeros negros estelares. “Pero no podemos contar con detectar ninguna colisión tan espectacular”, admite el Dr. Krzysztof Belczynski del Astronomical Observatory de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.

El equipo que dirige el Dr. Belczynski, soportado por los fondos de una beca del programa MASTER de la Foundation for Polish Science, ha discutido los últimos resultados de sus investigaciones con participantes en la décima edición de la Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves, que ha tenido lugar en Varsovia junto a la vigésima convocatoria de la International Conference on General Relativity and Gravitation (GR20/Amaldi10).

Las estrellas con masas muy grandes pueden terminar sus vidas de dos formas: su material puede ser despedido por el espacio, o bien pueden colapsar bajo su propia gravedad formando un agujero negro. Hace unos meses, un grupo de astrofísicos liderado por el Dr. Nohasliza Yusof de la Universidad de Kuala Lumpur demostró, empleando para ello modelizaciones computerizadas, que algunas de estas estrellas súper masivas podían formar agujeros negros.

Esto significa que el universo podría de hecho actuar como alojamiento de sistemas binarios de estrellas súper masivas que más tarde evolucionaran o se transformaran en sistemas de dos agujeros negros con masas mucho mayores de las que tradicionalmente se han observado en los agujeros negros.

Los objetos que orbitan en ajustados sistemas binarios compuestos de estrellas de neutrones o de agujeros negros ordinarios pierden su energía a lo largo del tiempo, siendo conducidos hacia órbitas más y más cercanas hasta terminar colisionando. Cada una de estas colisiones podría tener el efecto astronómicamente observable de una poderosa combustión de rayos gamma y la explosión podría ir acompañada, también, de la emisión de ondas gravitacionales.

En cualquier caso, hasta hoy no ha sido posible observar esas ondas, ya que los detectores actuales sólo pueden ‘ver’ la colisión de los agujeros negros típicos en el Universo local. La colisión de agujeros negros producida por estrellas súper masivas podría ser algo mucho mayor y, entonces, las ondas gravitacionales serían suficientemente fuertes como para poder ser detectadas en un futuro próximo y con el equipamiento actual. Pero una colisión de ese tipo no está incluida en los planes actuales de los astrónomos.

Los componentes de un gran sistema binario de estrellas normal, con masas entre 50 y 100 veces mayores que la del Sol, se forman con una distancia entre ellos de al menos varios cientos, o incluso varios miles, de radios solares.

Estos objetos no pueden nacer más cerca de cada uno de los otros, porque la densidad resultante de la materia haría que colapsaran en una estrella y el sistema binario no podría ser creado. Por lo tanto, para la colisión de un sistema binario ya formado, es preciso que sus componentes pierdan de alguna manera su energía orbital.

Esto sucede debido a la rápida evolución de uno de los objetos, que en un momento determinado comienza a expandirse rápidamente. El segundo componente del sistema, entonces, se traslada a la atmósfera de su compañero y, como resultado de la interacción con él, pierde rápidamente su energía. Como consecuencia de esto, su órbita se hace más estrecha en lo que es conocido como un caso de envoltura.

“En un sistema binario de estrellas súper masivas, la situación es diferente –explica el Dr. Belczynski-. Sabemos que los componentes de cada uno de los sistemas deben ser formados a una distancia relativamente alejada de los otros, y también que las estrellas súper masivas no se expanden, por lo que no se puede tratar de una fase de envoltura común. ¡Esto significa que no hay un mecanismo físico que pueda motivar de forma efectiva que la órbita se estreche!”.

En esta situación, el único proceso que permite una pérdida gradual de energía por parte de los restos de las estrellas súper masivas en un sistema binario es la emisión de ondas gravitacionales. Pero las ondas gravitacionales emitidas por un sistema como éste de estrellas ampliamente separadas o agujeros negros son muy débiles, y la energía que se pierde lo hace muy despacio.

“Puede que tarde unos diez billones de años, quizás incluso cientos de billones de años, que los agujeros negros colisionen. Esto es un tiempo mucho mayor del transcurrido desde el Big Bang, por lo que permaneceremos prácticamente sin cambios en la detección de ondas gravitacionales procedente de una colisión de este tipo en el cielo, hasta…”, se interrumpe a media afirmación el Dr. Daniel Holz, de la Universidad de Chicago.

Esta enunciación es correcta, a menos que los modelos actuales de la evolución estelar y la formación de las estrellas binarias en nubes polvorientas de materia estén equivocados. Entonces, la observación de una catástrofe tan espectacular como ésta en el espacio podría significar un espectacular desastre para las teorías astrofísicas contemporáneas. Se trataría de una refutación de la doctrina asumida como válida que abriría muchas vías para el estudio y la expansión del conocimiento por parte de los astrónomos de todo el mundo.


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