Estrellas súper veloces disparadas desde un agujero negro

Tan cerca y aun así tan lejos.

El agujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea es, de lejos, el monstruo más gigantesco que gravita alrededor de nuestro Sol. Y por supuesto que observar este fenómeno de tiempo y espacio es todo un desafío, ya que se encuentra a veintisiete mil años luz de distancia, oculto por nubes de estrellas y polvo del plano galáctico.

Los astrónomos han logrado rastrear el recorrido elíptico de las estrellas que se encuentran atrapadas en la estela de este agujero negro. Este choque estelar es la mejor evidencia de que el agujero negro es real y que acumula una masa de cuatro millones de soles en una región de espacio menor que el radio de orbitación de la Tierra.

Los análisis estelares demuestran que hace varios millones de años una nube gigante de hidrógeno molecular helado cayó en el agujero negro; y que debido al impacto se acható en forma de un disco plano, al quedar atrapado en el vórtice gravitacional. Rápidamente se formaron alrededor de diez mil estrellas en el interior del disco, creando lo que Jessica Lu de la Universidad de Hawái denominó un “entorno enloquecido”.

Actualmente los astrónomos siguen de cerca a las estrellas ubicadas en el borde interior del disco, que se abalanzan hacia el agujero negro en orbitas elípticas parecidas a las de los cometas.

Pero la nueva información acerca de estos particulares fuegos artificiales proviene del lugar menor esperado: de la observación de un plano muy alejado de nuestra galaxia.

En 1940 se descubrió una estrella azul muy joven entre las estrellas antiguas que habitaban la vasta región de la Vía Láctea. El halo de esta estrella avanzaba a velocidades bastante más rápidas que el resto de las estrellas. Las primeras hipótesis de los astrónomos establecían que las estrellas fugaces pertenecían a un sistema binario y que se movían a través de alguna especie de interacción gravitacional cuando una tercera estrella ingresaba en el sistema. También se manejaba la posibilidad de que eran impulsadas por la explosión de una supernova. En 1988 se comenzaron a establecer las hipótesis sobre el efecto de “honda” gravitacional, proveniente del agujero negro del centro de la galaxia, como fuente de propulsión de esas estrellas.

En los últimos años se descubrieron otras estrellas con híper velocidad que salían eyectadas de nuestra galaxia. Y en los cielos de la región septentrional del planeta se identificaron cinco estrellas jóvenes con hipervelocidad. Todas ellas con menos de 200 millones de años.

Pero si estas estrellas fueran eyectadas desde el disco del agujero negro de nuestra galaxia, deberían distribuirse azarosamente en el cielo. Sin embargo, se encuentran sobre el polo norte de la galaxia, amontonadas en un área de apenas un octavo de la superficie del cielo septentrional.

Un gigante agujero negro “lanzador” es la explicación más sencilla, debido a que su concentración sugiere que esas estrellas hiperveloces siguen una trayectoria de lanzamiento, posiblemente perpendicular al plano de aquellas estrellas encerradas dentro del agujero negro. Si eso fuera cierto, un relevamiento de las estrellas de alta velocidad en los cielos australes debería presentar una imagen espejada de la concentración estelar.

Los investigadores plantean que, cada diez mil años, nuestro agujero negro gigante lanza una estrella híper veloz fuera de su superficie. Una de las teorías sugiere que cualquier estrella en el sistema binario cerca del agujero negro pierde velocidad, cayendo en éste. Esa velocidad se transfiere entonces a una compañera binaria que en ese momento acelera para escapar de la velocidad de nuestra galaxia. La teoría de la propulsión del agujero negro gigante está respaldada por las observaciones que demuestran que las estrellas parecen estar espaciadas secuencialmente como una serie de salvas de cañón programadas.

Además de brindar información acerca del comportamiento del interior del agujero negro, estas estrellas son “partículas de prueba” para analizar el campo gravitacional de toda la galaxia y para demostrar de qué forma se puede manejar el halo de materia oscura que comprende la mayor fuente de gravedad de toda la Vía Láctea.

Pero algo llama especialmente la atención. Existe también un grupo de cuerpos celestes jóvenes que se agrupan alrededor del agujero negro gigantesco de Andrómeda, nuestra galaxia vecina. Esto significaría que la formación de estrellas alrededor de los agujeros negros de las galaxias podría ser un fenómeno común y frecuente en el Universo. Si la teoría de los agujeros negros es correcta, los telescopios espaciales también podrían empezar a buscar patrones en forma de cono de estrellas híper veloces en la galaxia de Andrómeda.

Los astrónomos alienígenas que viven en los sistemas estelares fugaces podrían tener una vista curiosa pero magnífica de las galaxias de sus ancestros. Pero establecer una teoría coherente acerca del nacimiento y la evolución de las estrellas sería una tarea complicada sin la utilización de poderosos telescopios que les permitan examinar el tapiz estrellado sobre sus propias cabezas.

84 millones de estrellas asomadas al corazón de la galaxia

Los astrónomos reconocieron 84 millones de estrellas en el corazón de la galaxia de la Vía Láctea utilizando una fotografía enorme tomada por un telescopio desde Chile, una imagen clasificada como el informe más significativo realizado sobre las estrellas del centro de la galaxia.

La sorprendente imagen de nueve gigapíxeles fue creada con información recolectada por el Telescopio de Investigación Visible e Infrarrojo de Astronomía (VISTA), un instrumento del Observatorio Paranal del sur de Europa ubicado en el norte de Chile. La imagen es tan grande que de ser impresa podría llegar a medir nueve metros de largo por siete metros de alto.

La clasificación que surgió de esta reciente imagen contiene diez veces más estrellas que las contabilizadas en los estudios anteriores, lo cual debería ayudar a los astrónomos a entender mejor la estructura y la evolución de nuestra galaxia.

"Al observar los millones de estrellas que rodean el centro de la Vía Láctea podemos aprender mucho más sobre la formación y la evolución no sólo de nuestra galaxia sino también de las galaxias espirales en general", declaró en un comunicado el autor principal del estudio, Roberto Saito, de la Universidad Católica Pontificia de Chile, de la Universidad de Valparaíso y del Núcleo Millennium de la Vía Láctea.

La imagen colosal revela el núcleo de la Vía Láctea, una concentración de estrellas antiguas descubiertas cerca del centro de la mayoría de las galaxias espirales. Obtener una buena imagen de esta región es un trabajo muy dificultoso.  

"Es muy difícil realizar observaciones del núcleo de la Vía Láctea debido a que se encuentra oscurecido por el polvo", declaró el coautor del estudio, Dante Minniti, también de la Universidad Católica Pontificia de Chile.

Para observar el corazón de la galaxia, se necesitan luces infrarrojas, las cuales se ven menos afectadas por el polvo estelar. El VISTA finalmente lo logró tomando miles de imágenes infrarrojas que fueron coordinadas para generar un monumental mosaico a color que mide 108.200 por 81.500 píxeles. Según los investigadores, se trata de una de las ilustraciones astronómicas más grandes jamás producidas.

Los astrónomos identificaron 173 millones de objetos desiguales dentro de la imagen de nueve mil millones de píxeles y confirmaron que 84 millones de ellos eran estrellas. Los objetos restantes se encontraban demasiado distantes para poder ser identificados con exactitud o eran otras galaxias.

Saito y su equipo crearon un inmenso diagrama a color con 84 millones de puntos de referencia. Este diagrama es una herramienta admirable que ayudará a los astrónomos a determinar la longevidad de las estrellas y a estudiar propiedades de éstas como la temperatura y la masa.

"En cualquier momento de su vida, cada estrella ocupa un punto en particular dentro de este diagrama", declaró Minniti. "Esa ubicación depende de qué tan brillante y qué tan caliente es en realidad. Y como esta nueva imagen nos brinda una visión de todas las estrellas, podemos realizar un censo de todas las estrellas que se encuentran en este sector de la Vía Láctea".

Los astrónomos han puesto esta información a disposición del público, con la intención de que otros equipos de investigadores puedan utilizarla para realizar más descubrimientos.

¿ Ha dejado el universo de fabricar estrellas?

Un equipo internacional de astrónomos acaba de publicar en ArXiv un estudio en el que afirman que la casi totalidad de las estrellas que nunca existirán en el Universo han nacido ya. Lo cual implica, en la práctica, que ya no se forman, o casi, nuevas estrellas que sustituyan a las que se van apagando.

Afirman que la casi totalidad de las estrellas que nunca existirán en el Universo han nacido ya.

Los investigadores, británicos, norteamericanos, holandeses y canadienses, utilizaron para su trabajo tres de los mayores telescopios terrestres que existen: el Subaru, el UK Infrared Telescope (ambos en Hawai) y el Very Large Telescope, en Chile. Sus datos combinados han dado como resultado el estudio más preciso que existe hasta la fecha sobre formación estelar.

Se trataba de medir lo más exactamente posible el ritmo de formación de nuevas estrellas en el Universo y de localizar, a la vez, las regiones donde la “natalidad” es mayor. Pero los resultados fueron toda una sorpresa para los científicos. De hecho, la tasa de nacimiento de nuevos soles ha decrecido de tal forma que el Universo, en el tiempo que le queda de vida, apenas si llegará a formar un 5% más de estrellas de las que ya existen en la actualidad.

Según ha explicado a la revista Time David Sobral, de la Universidad de Leiden y autor principal de la investigación, los astrónomos buscaron para su estudio un indicador muy concreto, los fotones H-alfa, emitidos por los átomos de hidrógeno durante el proceso de formación de nuevas estrellas.

Y fue así, calculando la cantidad de estos fotones en distintos momentos de la historia del Universo (cuando tenía 2.000, 4.000, 6.000 y 9.000 millones de años de edad) como los investigadores llegaron a su sorprendente conclusión. Un trabajo exhaustivo y que han tardado cinco largos años en completar. “Toda la acción del Universo -explica Sobral- tuvo lugar hace miles de millones de años”.

En concreto, los astrónomos han calculado que la mitad de las estrellas que existen se formaron en los primeros 5.000 millones de años de vida del Universo y que el resto, a un ritmo cada vez más lento, se creó a partir de entonces (en los 9.000 millones de años restantes) y hasta el presente. El Universo tiene en total 13.700 millones de años de edad.

Muchas moribundas

El estudio contribuye a explicar la gran diferencia que hay entre el número de estrellas que deberían existir (si las tasas antiguas de formación se mantuvieran) y el que efectivamente existe y es observable por los astrónomos. Para Sobral, a pesar de que “ahí fuera” hay un gran número de estrellas moribundas (que en teoría deberían aportar su material para la formación de nuevas estrellas), en realidad no está sucediendo así. La razón es que, para que nazca una estrella, deben darse una serie de condiciones muy concretas y que cada vez son menos comunes.

“Se necesita que el gas sea lo suficientemente denso y frío -explica el científico- para que forme estrellas. Y es cierto que cuando explota una supernova sus ondas de choque ayudan a que el gas sea más denso y favorezca la formación de nuevas estrellas. Pero si la explosión es demasiado energética (cosa que sucede muy a menudo), puede lanzar el gas fuera de la galaxia”.

Para los investigadores, la cuestión principal es la de tratar de comprender por qué está sucediendo esto. Y por qué, aparentemente, las condiciones para que se formen nuevas estrellas son mucho peores ahora que en el pasado. En palabras de Sobral, “es como si las condiciones específicas para que el gas se enfríe y se haga más denso fueran ahora mucho peores de lo que eran hace muchos millones de años”.

Para dar con una respuesta, Sobral y su equipo se están centrando ahora en el estudio de las regiones concretas en las que aún siguen naciendo estrellas. El científico espera descubrir así qué es lo que ha cambiado, y por qué, a lo largo del tiempo.

Beneficioso para la Tierra

Sin embargo y aunque pueda parecer irónico, este enorme “frenazo” de la fábrica estelar del Universo ha tenido, para nosotros, consecuencias más que beneficiosas: “Todo esto podría parecer deprimente, pero si lo pensamos bien, una de las razones por las que nosotros (los humanos) estamos aquí es precisamente el hecho de que la tasa de formación de estrellas sea así de baja. Si se hubiera mantenido el ritmo acelerado (de los primeros tiempos), prácticamente no habría posibilidades de que un planeta como el nuestro lograra sobrevivir”.

Además, añade Sobral, el número de estrellas de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, es muy alto. Y dado que incluso la menor de las esperanzas de vida de una estrella se mide en miles de millones de años, tendrá que pasar aún un tiempo muy largo hasta que podamos observar el nacimiento de la última estrella.

Agujeros negros

Los llamados agujeros negros son cuerpos con un campo gravitatorio muy grande, enorme.

No puede escapar ninguna radiación electromagnética ni luminosa, por eso son negros. Están rodeados de una "frontera" esférica que permite que la luz entre pero no salga.

Hay dos tipos de agujeros negros: cuerpos de alta densidad y poca masa concentrada en un espacio muy pequeño, y cuerpos de densidad baja pero masa muy grande, como pasa en los centros de las galaxias.

Si la masa de una estrella es más de dos veces la del Sol, llega un momento en su ciclo en que ni tan solo los neutrones pueden soportar la gravedad. La estrella se colapsa y se convierte en agujero negro.

Stephen Hawking y los conos luminosos

El científico británico Stephen W. Hawking ha dedicado buena parte de su trabajo al estudio de los agujeros negros.

En su libro Historia del Tiempo explica cómo, en una estrella que se está colapsando, los conos luminosos que emite empiezan a curvarse en la superficie de la estrella.

Al hacerse pequeña, el campo gravitatorio crece y los conos de luz se inclinan cada vez más, hasta que ya no pueden escapar. La luz se apaga y se vuelve negro.

Si un componente de una estrella binaria se convierte en agujero negro, toma material de su compañera. Cuando el remolino se acerca al agujero, se mueve tan deprisa que emite rayos X. Así, aunque no se puede ver, se puede detectar por sus efectos sobre la materia cercana

Los agujeros negros no son eternos. Aunque no se escape ninguna radiación, parece que pueden hacerlo algunas partículas atómicas y subatómicas.

Alguien que observase la formación de un agujero negro desde el exterior, vería una estrella cada vez más pequeña y roja hasta que, finalmente, desaparecería. Su influencia gravitatoria, sin embargo, seguiría intacta.

Como en el Big Bang, en los agujeros negros se da una singularidad, es decir, las leyes físicas y la capacidad de predicción fallan. En consecuencia, ningún observador externo puede ver qué pasa dentro.

Las ecuaciones que intentan explicar una singularidad de los agujeros negros han de tener en cuenta el espacio y el tiempo. Las singularidades se situarán siempre en el pasado del observador (como el Big Bang) o en su futuro (como los colapsos gravitatorios). Esta hipótesis se conoce con el nombre de "censura cósmica".

Interior de las estrellas

Una estrella se divide en NÚCLEO, MANTO y ATMÓSFERA.

En el núcleo es donde se producen las reacciones nucleares que generan su energía  El manto transporta dicha energía hacia la superficie y según como la transporte, por Convección o por Radiación, se dividirá en dos zonas: radiante y convectiva. Finalmente, la atmósfera es la parte mas superficial de las estrellas y la única que es visible. Se divide en Cromosfera, Fotosfera y Corona Solar.

La atmósfera estelar es la zona mas fría de las estrellas y en ellas se producen los fenómenos de eyección de materia. Pero en la corona, supone una ecepción a lo dicho ya que la tempera vuelve a aumentar hasta llegar al millón de grados por lo menos. La temperatura es engañosa, en realidad esta capa es muy poco densa y está formada por Partículas Ionizadas altamente aceleradas por el Campo Magnético de la estrella. Sus grandes velocidades les confieren a esas partículas altas temperaturas.

Calificacón espectral

La forma más sencilla de comenzar a estudiar un conjunto de objetos o seres es clasificarlos en función de características comunes. La forma de clasificar las estrellas es por las características de su espectro, por lo que la llamamos clasificación espectral.

La clasificación espectral divide las estrellas en tipos espectrales y, con un refinamiento posterior, en clases de luminosidad. No obstante, en muchas ocasiones hablamos de tipo espectral para referirnos a la combinación de ambos, el tipo espectral y la clase de luminosidad.

Los tipos espectrales se definen en función de las características presentes en el espectro de las estrellas. Originalmente, los tipos espectrales fueron definidos por letras del alfabeto: A, B, C… Conforme avanzaba la clasificación, algunos tipos se refundieron, y con ellos sus letras. Posteriormente, los diferentes tipos espectrales pudieron asociarse a la temperatura de las estrellas (lo que constituye un descubrimiento fundamental) y fueron ordenados en temperaturas decrecientes. De este modo, quedó la moderna serie de tipos espectrales: O, B, A, F, G, K, M. Esta serie ha sido recientemente extendida hacia temperaturas menores con dos nuevos tipos espectrales, el L y el T. Los tipos O tienen temperaturas superficiales de al menos 30 000 kelvin. Los tipos fríos llegan a temperaturas por debajo de 2000 K. Cada tipo espectral está dividido en diez subtipos que recibieron números del 0 (el más caliente) al 9 (el más frío).

La clase de luminosidad indica el tamaño de la estrella en comparación con estrellas de su mismo tipo espectral. Las clases de luminosidad se designan mediante números romanos: I, II, III, IV, V… A menor número romano, mayor tamaño de la estrella. Las clases I y II designan supergigantes, la clase III gigantes, la clase IV subgigantes y la clase V, las enanas de la secuencia principal. Menos utilizadas son las clases VI y VII, para designar a las subenanas y las enanas blancas. Nuestro Sol es de tipo G2V, es decir, una estrella de tipo espectral G2 y clase de luminosidad V.

Edward Charles Pickering y el grupo de astrónomas con las que procedió a establecer la clasificación espectralde las estrellas a comienzos del siglo XX en el Observatorio de Harvard (E.E.U.U). La cuarta por la derecha en la fila de arriba es Annie Jump Cannon que fue la que perfeccionó el sistema de clasificación espectral y le dio la forma que actualmente utilizamos.

Agrupaciones de estrellas

CÚMULOS ESTELARES

Los cúmulos globulares son agrupaciones densas de centenares de miles o millones de estrellas viejas (más de un millardo de años), mientras que los cúmulos abiertos contienen generalmente centenares o millares de estrellas jóvenes (menos de cien millones de años) o de edad intermedia (entre cien millones y un millardo de años). Los cúmulos abiertos son disgregados a lo largo del tiempo por su interacción gravitatoria con nubes moleculares en su movimiento por la galaxia mientras que los cúmulos globulares, más densos, son más estables frente a su disgregación (aunque, a largo plazo, también acaban siendo destruidos). Además de las diferencias en número de estrellas (y, por lo tanto, masa) y en edad entre los dos tipos tradicionales de cúmulos, también se distinguen por sumetalicidad (los cúmulos abiertos son ricos en metales mientras que los globulares son pobres en ellos) y su órbita (los cúmulos abiertos pertenecen a la población del disco de la galaxia mientras que los globulares pertenecen al halo). Por el contrario, no existen diferencias grandes entre los tamaños de los núcleos de ambos tipos de cúmulos, que en ambos casos es de unos pocos pársecs.

En los años 80 y 90 del siglo XX se descubrió que la clasificación tradicional no abarcaba todos los cúmulos estelares existentes. Por ejemplo, en las Nubes de Magallanes existen cúmulos tan masivos como los globulares pero jóvenes (R136, el núcleo de 30 Doradus, es el caso más notorio). En otras galaxias (por ejemplo, M82) se descubrieron en aquellos años supercúmulos estelares tan masivos o más como los globulares pero jóvenes. Algunos de esos supercúmulos estelares (NGC 3603, Westerlund 1) se han identificado también en el plano de nuestra propia galaxia, escondidos tras grandes nubes de polvo. Asimismo, se comprobó que la diferencia entre cúmulos estelares (objetos ligados, esto es, unidos por su atracción gravitatoria) y asociaciones estelares (agrupaciones que no están unidas gravitacionalmente y que se dispersan lentamente) no está bien marcada. Algunas agrupaciones estelares nacen como cúmulos, otras como asociaciones estelares, otras como cúmulos rodeadas de asociaciones y otras en un estado limítrofe entre cúmulos y asociaciones. Todas ellas acaban disgregándose tarde o temprano. Los cúmulos globulares (los cuales cuando son jóvenes se llaman supercúmulos estelares) son los que perduran más; algunos más que la edad actual del Universo(razón por la que aún podemos observar cúmulos globulares que se formaron al principio de la vida de nuestra galaxia). Sin embargo, es posible apreciar cómo algunos cúmulos globulares poseen colas de marea, esto es, rastros de estrellas que se han ido desprendiendo del cúmulo a lo largo de su historia y que presagian su dispersión final.

Por lo tanto, una clasificación moderna de las agrupaciones estelares (cúmulos o asociaciones) debe incluir al menos tres variables: edad, masa y estado gravitacional; y quizás dos más (metalicidad y tipo de órbita).

   

ASOCIACIONES ESTELARES

En astronomía se define asociación estelar como un cúmulo estelar caracterizado por una unión gravitacional muy débil, menos intensa que la que mantiene unidos los cúmulos abiertos y los cúmulos globulares. Las asociaciones estelares fueron descubiertas por el astrofísico Víktor Ambartsumián en 1947.

Las asociaciones estelares están destinadas a separarse en un tiempo astronómico relativamente breve, del orden de unos pocos millones de años. Esto significa que las asociaciones observables actualmente están formadas por estrellas de reciente formación, de algunos millones de años como máximo.