Potencial `` Supernova fallida '' Agujero negro descubierto

Los astrónomos pueden haber visto una estrella colapsar directamente en un agujero negro menos la supernova. La supernova fallida podría ayudarnos a comprender cómo mueren las estrellas.

Este par de fotos del telescopio espacial Hubble muestra la estrella masiva antes y después de que desapareció, presumiblemente al implosionar para formar un agujero negro. La imagen de la izquierda muestra la estrella de 25 masas solares tal como apareció en 2007. Pero luego pareció desvanecerse, como se ve en la imagen del panel derecho de 2015. Todavía emana un tenue brillo infrarrojo de donde solía estar la estrella. Esta radiación podría provenir de escombros que caen sobre un agujero negro.
NASA / ESA / C. Kochanek (OSU)

Hace solo dos semanas, Sky & Telescope informó que los astrónomos aficionados habían descubierto una estrella masiva explotando en la llamada Galaxia de fuegos artificiales (NGC 6946), conocida por su abundancia de supernovas.

Sin embargo, años antes de eso, un evento más tranquilo e incluso más extraordinario había tenido lugar en la misma galaxia. Otra estrella masiva se había iluminado brevemente en una débil imitación de una supernova antes de desaparecer, presumiblemente, en un agujero negro.

Scott Adams (Caltech y la Universidad Estatal de Ohio), Christopher Kochanek, Jill Gerke (ambos en la Universidad Estatal de Ohio) y sus colegas captaron el raro evento utilizando el Gran Telescopio Binocular en Arizona. Estaban usando el par de telescopios de 8.4 metros para monitorear un millón de estrellas envejecidas en galaxias cercanas, esperando que las estrellas explotaran.

Finalmente, después de cuatro años de observar y esperar, la estrella conocida como N6946-BH1 hizo exactamente eso, pero no de la manera que cabría esperar.

Supernova fallida: cómo no explotar una estrella

Una estrella masiva ordinaria, una más de ocho veces más grande que el Sol, termina su vida con un estallido. Su núcleo pesado e inerte da paso a la gravedad, convirtiéndose en una estrella de neutrones o en un agujero negro, y el impacto de ese colapso repentino hace volar las capas externas de la estrella.

Sin embargo, a los teóricos les cuesta mucho hacer explotar una estrella simulada. El problema es que el choque de rebote tiende a detenerse, detenido por el flujo de material sobre el núcleo triturado. Solo recientemente, las simulaciones por computadora se acercan a la detonación de una estrella, pero incluso esas simulaciones increíblemente detalladas solo duraron 10 milisegundos. Nadie ha modelado aún una onda de choque de supernova que salga completamente de una estrella: ese tipo de simulaciones están al menos a un par de años de distancia.

Sin embargo, a partir de las simulaciones que tenemos ahora, parece que algunas estrellas, aquellas cuyos centros son demasiado compactos, nunca explotarán. "La 'explotabilidad' de una estrella parece depender de la densidad de las capas justo fuera del núcleo de hierro", explica Adams. Cuando las estrellas demasiado densas se quedan sin elementos para fusionarse para evitar el tirón de la gravedad, simplemente colapsan.

El primer candidato a "supernova fallida"

Las supernovas son raras, y las estrellas que desaparecen pueden ser aún más raras. Así que Kochanek y sus colegas comenzaron a vigilar un millón de estrellas envejecidas en 27 galaxias cercanas con la esperanza de atrapar solo una al borde del colapso.

Y para 2016, habían encontrado siete. Seis de estas eran supernovas estándar de colapso del núcleo. Pero uno era otra cosa. La estrella, aproximadamente 25 veces más masiva que el Sol y a 22 millones de años luz de distancia en NGC 6946, simplemente había desaparecido.

Ahora, Adams y sus colegas están informando observaciones de archivo y seguimiento de este acto de desaparición en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society (texto completo aquí). Un nuevo análisis de las observaciones archivadas del Gran Telescopio Binocular muestra que la luz de la estrella se mantuvo aproximadamente constante durante un período de diez años antes de que cambiara repentinamente. Aunque brillante, esta explosión no estuvo cerca de los niveles de supernova. En varios meses, la luz visible de la estrella desapareció, y las nuevas observaciones del telescopio espacial Hubble confirman que se ha ido.

Pero las imágenes del telescopio espacial Spitzer revelan un tenue resplandor infrarrojo: todavía hay algo allí. Los autores argumentan que el resplandor podría provenir de escombros estelares que caen sobre el agujero negro recién formado, calentándose e irradiando antes de desaparecer en las fauces.

Esta ilustración muestra las etapas finales de la vida de una estrella masiva que no explota como una supernova, sino que implosiona bajo la gravedad para formar un agujero negro. De izquierda a derecha: la estrella masiva ha evolucionado a una supergigante roja, la envoltura de la estrella se expulsa y se expande, produciendo una fuente fría, transitoria y roja que rodea el agujero negro recién formado. Parte del material residual podría caer sobre el agujero negro, como lo ilustra la corriente y el disco, lo que podría alimentar la luz visible y la radiación infrarroja años después del colapso.
NASA / ESA / P. Jeffries (STScI)

Aún así, es demasiado pronto para descartar definitivamente las alternativas. En cambio, el brillo infrarrojo podría emanar del polvo que envuelve a una estrella sobreviviente, tal vez una que acaba de experimentar un estallido extremo.

El equipo ahora espera seguir con más imágenes de Hubble y Spitzer para vigilar la radiación infrarroja. Si comienza a iluminarse, entonces podríamos estar viendo una estrella sobreviviente saliendo de un capullo de polvo en expansión. Pero si el brillo infrarrojo continúa desvaneciéndose, es más probable que veamos restos estelares alimentando el agujero negro. Si no hay demasiados escombros en el camino, la detección con el Observatorio de rayos X Chandra podría confirmar la última explicación.

"Mientras más tiempo no veamos ningún reajuste en la ubicación de la estrella progenitora", dice Adams, "las explicaciones alternativas más inverosímiles se vuelven".

El hallazgo, si se confirma, es importante, dice Philipp Mösta (Universidad de California, Berkeley), porque explica cómo surgieron los agujeros negros masivos, como los detectados por LIGO el año pasado. "Este será un objetivo emocionante a seguir en los próximos años".