¿Caen las estrellas silenciosamente a agujeros negros, o se estrellan contra algo totalmente desconocido?

Esta impresión artística muestra una estrella cruzando el horizonte de sucesos de un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia. El agujero negro es tan grande y masivo que los efectos de marea son despreciables, y esta es tragada por completo. El efecto de lente gravitacional distorsionando la luz de la estrella no se muestra aquí. Crédito: Mark A. Garlick/CfA    

Astrónomos de la Universidad de Texas en Austin y de la Universidad de Harvard han puesto a prueba un principio básico de los agujeros negros, mostrando que la materia se desvanece por completo es atraída. Estos resultados constituyen otro éxito que prueba la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein. 

La mayoría de los científicos están de acuerdo en que los aguajeros negros, entidades cósmicas de tanta gravedad que nada puede escapar su alcance, rodeados del llamado horizonte de sucesos. Una vez que la materia o energía se acercan lo suficiente al aguajero negro, esta no puede escapar — y será atraída. Y aunque en general se cree en la existencia del horizonte de sucesos, la existencia de esto no se ha demostrado. 

“Todo nuestro propósito aquí es hacer de esta idea del horizonte de sucesos un experimento científico, y descubrir si los horizontes de sucesos existen o no” dijo Pawan Kumar Catedrático de astrofísica en la Universidad de Texas en Austin. 

Se Cree que end el Centro de las galaxias se encuentran agujeros negros supermasivos. Pero algunos teóricos sugieren que en vez de estos hay otra cosa — no un agujero negro, pero un objeto supermasivo incluso más extraño que de alguna manera ha conseguido eludir el colapso gravitacional en una singularidad a través de un horizonte de sucesos. La idea se basa en Teorías Generales de la Relatividad modificadas, la teoría de la gravedad de Einstein. 

Mientras que una singularidad no tiene área superficial, el objeto no colapsado tendría una superficie dura. Así que el material atraído de cerca — por ejemplo, una estrella — no caería de hecho en el agujero negro, pero si golpearía esta superficie dura y se destruiría. 

Kumar, su estudianet graduado Wenbin Lu, y Ramesh Narayan, un teoricista del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, han desarrollado una prueba para determinar si la idea es correcta.

“Nuestra motivación no es meramente establecer que haya una superficie dura,” dijo Kumar, “pero extender la frontera del conocimiento y hallar evidencia fehaciente, de que realmente exista un horizonte de sucesos alrededor de los agujeros negros.”

El equipo descubrió que vería un telescopio cuando una estrella golpease la superficie dura de un objeto supermasivo en el centro de una galaxia vecina. El gas de la estrella envolvería al objeto, brillando por meses, quizás por años.

Una vez que supieron que buscar, el equipo averiguó lo común que sería posible ver esto en el universo cercano, si es que la teoría de la superficie dura es verdadera.

Esta es la primera de una secuencia de dos impresiones artísticas que muestra una enorme, esfera masiva en el centro de una galaxia, en vez de un agujero negro supermasivo. Aquí la estrella se mueve hacia este y se estrella en la superficie dura, esparciendo escombros. El impacto calienta el lugar de la colisión. Crédito: Mark A. Garlick/CfA      

“Hemos estimado una tasa de estrellas cayendo a agujeros negros supermasivos,” dijo Lu. “Casi toda galaxia tiene uno. Solo consideramos los más masivos, que pesan cerca de 100 millones de masas solares o más. Existen alrededor de un millón de estos en menos de unos pocos de billones de años luz de la tierra.” 

Entonces se pusieron a buscar en archivos de una observación telescópica. Pan-STARRS, un telescopio de Hawái de 1,8 metros recientemente completo un proyecto de observación de la mitad del cielo del hemisferio norte. El telescopio escaneó la zona repetidamente durante un periodo de 3,5 años buscando “transitorios” — cosas que brillan por un momento y luego se desvanecen. Su objetivo era encontrar transitorios con la firma espectral esperada de una estrella cayendo hacia un objeto supermasivo y golpeando una superficie dura. 

“Dada la tasa de estrella que caen a un agujero negro y el número de densidad de agujeros negro en el universo cercano, hemos calculado el número de dichos transitorios que debería haber detectado Pan-STARRS a lo largo del periodo de operación de 3,5 años. Se da que debería de haber detectado más de 10 de estos, si la teoría de la superficie dura es correcta,” dijo Lu. 

En esta segunda impresión artística se muestra una enorme esfera en el centro de una galaxia una vez que la estrella ha chocado contra esta. Enormes cantidades de calor y un dramático incremento en brillo de la esfera es generado pro culta de este evento. La falta de observaciones de tales llamaradas del centro de las galaxias apunta a que este hipotético escenario esta completamente descartado. Crédito: Mark A. Garlick/CfA       

No encontraron ninguno.

“Nuestro trabajo implica que alguno, quizás todos, los agujeros negros tienen horizontes de sucesos y que ese material de verdad desaparece del universo observable cuando son atraídos a estos exóticos objetos, como ya sospechábamos desde hace décadas,” dijo Narayan. “La Teoría de la Relatividad ha pasado otra prueba critica.” 

Ahora el equipo propone mejorar el test con un telescopio incluso mayor: el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos de 8,4 metros (LSST, ahora en construcción en Chile). Como Pan-STARRS, el LSST hará sondeos repetidos por todo el cielo durante un tiempo, revelando transitorios — pero con mucha más sensibilidad. 

This research has been published in the June issue of the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Headquartered in Cambridge, Mass., the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) is a joint collaboration between the Smithsonian Astrophysical Observatory and the Harvard College Observatory. CfA scientists, organized into six research divisions, study the origin, evolution and ultimate fate of the universe.

Fuentes: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Universidad de Texas en Austin, Wikipedia