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  • 05/11/2018

Astrofísica

Observan en tiempo real la posible formación de un agujero negro

Una insólita explosión estelar que mantiene ocupados a los astrónomos desde junio parece corresponderse con el proceso de formación de un agujero negro o una estrella de neutrones.

arXiv

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Recreación informática de una de las etapas del proceso de explosión de una supernova. [Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA; ESA/Hubble/L. Calçada.]

Para muchos astrónomos, 2018 será recordado como el «año de la Vaca» debido al apodo de una espectacular explosión estelar que los ha mantenido ocupados durante meses. Según dos artículos publicados hace unos días en el repositorio arXiv, el extraño acontecimiento ofrece una oportunidad sin precedentes para estudiar en tiempo real un esquivo fenómeno astrofísico: el colapso de una estrella.

En contraste con el relativamente lento proceso de ignición de una supernova típica, el evento en cuestión, apodado cow («vaca», en inglés), ganó un brillo extraordinario de la noche a la mañana, lo que dejó perplejos a los investigadores.

«Surgió de la nada», confirma Stephen Smartt, astrónomo de la Universidad Queen de Belfast y descubridor del fenómeno. Para asignarle un nombre, Smartt siguió un protocolo alfabético usado en estos casos y que, en esta ocasión, dio como resultado la palabra cow. Raffaella Margutti, astrofísica de la Universidad Noroccidental de EE.UU. y líder de uno de los trabajos publicados ahora, asegura que el evento es «un sueño» para quienes se dedican a estudiar explosiones estelares. 

Motor central

A partir de observaciones independientes, ambos grupos han llegado a la misma conclusión: que el misterioso objeto parece poseer un «motor central» que habría estado agitando el astro durante meses, y que la energía liberada procedería del proceso de acreción de materia de un agujero negro recién formado o de la frenética rotación de una estrella de neutrones.

Tanto los agujeros negros como las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella de gran masa llega al final de sus días y explota en forma de supernova. Mansi Kasliwal, astrónoma del Instituto de Tecnología de California (Caltech), señala que Cow (técnicamente, AT2018cow) podría aportar pruebas directas de este tipo de procesos. «Creo que nos indica cómo entender la encarnación más extrema de la explosión de una estrella masiva», añade la investigadora.

Iair Arcavi, astrofísico de la Universidad de California en Santa Bárbara, se reconoce impresionado tanto por la calidad de los últimos resultados como por lo extraño del evento. «Casi todo lo relativo a su emisión es algo que nunca habíamos visto antes», indica.

Historia de una anomalía estelar

La historia de Cow comenzó el pasado 16 de junio, cuando un colaborador informó a Smartt de la aparición de un evento de gran brillo en un lugar del cielo en el que tan solo unos días antes no había anda.

En un principio, Smartt pensó que se trataba de una fulguración estelar sin mayor interés ocurrida en el seno de la Vía Láctea. Pero luego se percató de que el objeto probablemente se encontrase mucho más lejos de lo que pensaba, en una galaxia llamada CGCG 137-068 y situada a unos 200 millones de años luz.

«Eran las once de la noche de un domingo y me dije a mí mismo que sería mejor contárselo a todo el mundo», recuerda. Así que envió una alerta a través de The Astronomer's Telegram, un servicio usado por la comunidad para reportar eventos astronómicos transitorios.

El seguimiento del fenómeno confirmó que se trataba de un objeto distante y, por tanto, de una gran luminosidad intrínseca. De hecho, el brillo del cataclismo fue tal que, a pesar la distancia, puedo ser observado por varios astrónomos aficionados.

Enseguida quedó claro que no se trataba de una supernova ordinaria, ya que alcanzó su brillo máximo en cuestión de días, y no de semanas. «Todos dejaron lo que estaban haciendo hasta entonces» y comenzaron a seguir a AT2018cow, recuerda Daniel Perley, astrofísico de la Universidad John Moores, en Liverpool.

Perley y sus colaboradores usaron uno de los telescopios robóticos instalados en la isla de La Palma para analizar la evolución de AT2018cow durante un mes y medio. Asimismo, se sirvieron de una red de observatorios repartidos por todo el globo y diseñada por Kasliwal para seguir este tipo de eventos.

Las primeras pruebas recabadas por el equipo, especialmente en la parte visible del espectro, apuntaban a un agujero negro ya existente que estaría desgarrando una estrella cercana. Sin embargo, un análisis más completo del fenómeno exigía estudiar también sus emisiones en otras frecuencias, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma.

Justo después del hallazgo de Smartt, Anna Ho, otra astrónoma del Caltech, se propuso analizar las emisiones de Cow en la banda de radio. En una explosión estelar, este tipo de radiación es emitida por partículas con carga eléctrica a medida que orbitan en el seno de un campo magnético intenso, y su longitud de onda aumenta a medida que el material se expande.

Ho pensó que podía tener la rara oportunidad de observar longitudes de onda cortas, de un milímetro o menos. Esto es algo inusual ya que, en general, estos eventos no suelen detectarse con la antelación suficiente para ver las emisiones milimétricas o submilimétricas.

Las primeras observaciones, efectuadas en junio por su grupo y otros, hallaron radiación de ese tipo, por lo que Ho elevó una propuesta de urgencia a la batería de telescopios ALMA, en Chile, especializada en este tipo de emisiones y en la que el tiempo de observación es extremadamente competitivo.

Un fenómeno cada vez más extraño

Durante las semanas siguientes, Ho y sus colaboradores estudiaron la evolución de las emisiones milimétricas. Sus observaciones revelaron que el material se estaba expandiendo hacia el exterior al elevadísimo ritmo de un décimo de la velocidad de la luz.

Sin embargo, y a diferencia de lo que ocurre en una explosión de supernova ordinaria, las emisiones se prolongaron durante semanas, lo que puso de manificesto la existencia de un «motor central»: un agujero negro o una estrella de neutrones en rotación. «Pudimos demostrar que [los datos] no eran compatibles con ninguno de los mecanismos habituales», explica Ho.

Mientras tanto, Margutti y sus colaboradores aprovecharon una propuesta ya aprobada y que la investigadora había hecho previamente para observar eventos transitorios con el telescopio de rayos X NuSTAR, de la NASA. Los datos obtenidos con este y otros instrumentos permitieron concluir que se trataba de un fenómeno muy inusual. En concreto, el espectro en rayos X mostró que el objeto se «recalentaba» desde el interior. Según los investigadores, ello también apunta a que el proceso estaría impulsado por un agujero negro o una estrella de neutrones, si bien aún es demasiado pronto para saber de qué objeto se trata. «Hemos visto la formación de un objeto compacto en tiempo real», asegura la investigadora.

Este tipo de procesos suelen estar vedados a los astrónomos, continúa Margutti, ya que lo normal es que el recalentamiento quede oculto por la nube de material expulsada por durante los primeros días la explosión. «La ventaja de Cow es que, en este caso, el motor central estaba casi desnudo.»

Margutti espera que en el futuro puedan observarse otros eventos de este tipo y que ello permita precisar las condiciones que llevan a la formación de un tipo de astro u otro. «El juego comienza ahora», concluye la investigadora.

Davide Castelvecchi/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Nature Research Group.

Referencias: «An embedded X-ray source shines through the aspherical AT2018cow: Revealing the inner workings of the most luminous fast-evolving optical transients», Raffaella Margutti et al. en arXiv:1810.10720, 25 de octubre de 2018; «AT2018cow: A luminous millimeter transient», Anna Y. Q. Ho et al. en arXiv:1810.10880, 25 de octubre de 2018. 

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