¿Un nuevo tipo de agujero negro? Qué son las extrañas explosiones espaciales que los científicos aún no logran entender

Los astrónomos nunca habían visto nada parecido antes: el estallido de algo enorme en lo profundo del espacio. Los telescopios en la Tierra captaron la sorprendentemente brillante e inusual explosión en 2018, observándola mientras se desarrollaba a 200 millones de años luz de distancia.

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La explosión aumentó de brillo con rapidez e intensamente, mucho más de lo que se espera que ocurra con la explosión de una estrella normal, una supernova, antes de desaparecer.

La extraña explosión, de un tamaño similar al de nuestro sistema solar, recibió el nombre de AT2018cow y pronto se le conoció con un apodo más memorable: “la vaca”.

Después de este deslumbrante acontecimiento, los astrónomos han detectado un puñado de explosiones similares en todo el cosmos. Descritos como Eventos Transitorios Ópticos Azul Rápido (LFBots), todos comparten las mismas características.

“Son muy brillantes”, dice Anna Ho, astrónoma de la Universidad de Cornell en Nueva York, de ahí la L en LFBot.

El color azul es resultado de la temperatura extraordinariamente alta de la explosión, de alrededor de 40.000 °C (72.000 °F), que desplaza la luz hacia la parte azul del espectro.

Las últimas letras del acrónimo, O y T, hacen referencia al hecho de que estos eventos aparecen en el espectro de luz visible (óptica) y son de corta duración (transitorios).

Inicialmente, los científicos pensaron que las LFBots podrían ser supernovas fallidas, estrellas que intentaron explotar pero en cambio implosionaron, formando un agujero negro en su núcleo que posteriormente las consumió de adentro hacia afuera.

Sin embargo, otra teoría está ganando terreno: las llamaradas de vaca se desencadenan cuando una clase no descubierta de agujeros negros de tamaño mediano, conocidos como agujeros negros de masa intermedia, absorben estrellas que se acercan demasiado a ellos.

Un artículo de investigación publicado en noviembre del año pasado describió nueva evidencia de esta idea, sugiriendo que podría ser la explicación preferida.

“El sentimiento general se está moviendo hacia esa dirección”, dice Daniel Perley, astrónomo de la Universidad John Moores de Liverpool.

Si esta teoría resultara correcta, podría proporcionar una prueba vital de la existencia de este esquivo tipo de agujero negro: un eslabón perdido entre los agujeros negros más pequeños y más grandes del universo y una pista vital para uno de sus mayores misterios, la materia oscura.

Explosiones misteriosas

La llamarada de vaca original de 2018 se detectó mediante un estudio robótico del cielo que utiliza telescopios terrestres llamado Sistema de Última Alerta de Impacto Terrestre de Asteroides (Atlas).

Fue este sistema el que captó la explosión que ocurrió en una galaxia a unos 200 millones de años luz de la Tierra.

Notablemente, fue hasta 100 veces más brillante que la explosión de una supernova normal, y solo le tomó unos cuantos días aparecer y desaparecer.

Las supernovas normales tardan semanas o incluso meses en completar su ciclo.

La explosión también tenía una estructura extrañamente plana, según una observación realizada por investigadores de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido.

Desde entonces, los astrónomos han identificado alrededor de una docena de eventos parecidos a esa primera explosión.

A la mayoría de ellos se les ha venido a conocer por apodos de animales que se basan en las letras que les asigna al azar el estudio astronómico que los descubre.

ZTF18abvkwla, que también se identificó en 2018, se llama Koala. ZTF20acigmel, detectado en 2020, se conoce como Camel. AT2022tsd, encontrado en 2022, es el diablo de Tasmania. Y el AT2023fhn de 2023 se llama Finch o Fawn.

Los astrónomos han estado utilizando cada vez más telescopios para estudiar grandes porciones del cielo en un esfuerzo por buscar este tipo de eventos.

Cuando uno de ellos aparece, pueden enviarle una alerta a otros astrónomos en servicios como Astronomer’s Telegram, un tipo de tablero de mensajes en línea para eventos astronómicos.

Estas alertas tienen como objetivo incitar a otros telescopios a entrar en acción, apuntándolos hacia el evento con la esperanza de observarlo en detalle antes de que la explosión desaparezca de la vista.

¿La avispa?

En noviembre, Ho y Perley descubrieron otro nuevo LFBot, esta vez designado AT2024wpp, pero aún sin un apodo animal.“Estábamos pensando en la avispa”, dice Ho. Este estallido fue particularmente interesante porque fue el LFBot más brillante que se haya observado desde la vaca, y también se descubrió muy temprano en su fase brillante, lo que significa que los astrónomos pudieron apuntar muchos telescopios hacia su dirección (incluido el Telescopio Espacial Hubble) para aprender más sobre él.“Es el mejor evento desde la vaca misma”, dice Perley.Las primeras observaciones indican que la avispa no fue causada por una supernova fallida. En ese escenario teórico, una estrella colapsaría sobre sí misma durante el proceso de explosión.Dentro del cascarón de la estrella se formaría un agujero negro o una estrella de neutrones densa que expulsaría chorros de radiación a través de la capa, creando lo que se denomina un motor central.Esto explicaría la breve llamarada en forma de vaca que fue visible en la Tierra.Pero la avispa no parecía tener la típica señal que se espera de este tipo de evento, de material alejándose de él, explica Perley.Sin embargo, señala que los hallazgos actuales son preliminares. “Todavía estamos analizando los datos”, dice.En septiembre de 2024, Zheng Cao, del Instituto Holandés de Investigación Espacial, y sus colegas reexaminaron el primer LFBot que se había detectado y también encontraron evidencia que desafiaba la teoría de la supernova.Al estudiar las observaciones de rayos X del evento, encontraron lo que parecía ser un disco de material alrededor de la explosión. Después de hacer un modelo de computadora del disco, descubrieron que parecía los restos de una estrella que estaba siendo devorada por un agujero negro de masa intermedia, uno de entre 100 y 100.000 veces la masa de nuestro Sol. Los agujeros negros más grandes podrían tener una masa millones o incluso miles de millones de veces mayor que nuestro Sol.A medida que la estrella era devorada, ocasionalmente el agujero negro se iluminaba repentinamente al consumirse trozos más grandes de la estrella, lo que producía las llamaradas de vaca detectadas por los astrónomos en la Tierra.“Creo que nuestro estudio respalda la naturaleza de agujero negro de masa intermedia de la AT2018cow y LFBots similares”, dice Cao.Otra idea es que los LFBots son en realidad una clase de estrellas gigantes llamadas estrellas Wolf-Rayet que están siendo destrozadas por muchos agujeros negros de sólo 10 a 100 veces la masa de nuestro Sol. Dice que estos podrían formarse de manera similar a los pares de agujeros negros -detectados por las ondas gravitacionales que producen- excepto que solo una de las estrellas se termina convirtiendo en un agujero negro.

Agujeros negros intermedios

Sin embargo, la teoría del agujero negro de masa intermedia es quizás la idea más atractiva y favorecida en este momento.

De ser correcta, significaría que los LFBots son una oportunidad única para estudiar los misteriosos agujeros negros de tamaño mediano.

Aunque los astrónomos están razonablemente seguros de que existen agujeros negros de masa intermedia en el universo, aún no han encontrado pruebas definitivas de su existencia.

Y podrían ser extremadamente importantes, actuando como el eslabón perdido entre los agujeros negros más pequeños del cosmos y los agujeros negros supermasivos más grandes, como el que se encuentra en el centro de nuestra propia galaxia.

Los LFBots podrían revelar la ubicación de los agujeros negros de masa intermedia y qué tan comunes son.

“El modelo de agujero negro de masa intermedia es el más emocionante”, afirma Perley. Aún se debate en la comunidad si los agujeros negros de masa intermedia realmente existen. La evidencia ha sido bastante escasa.

Para saber con certeza qué son los LFBots, realmente necesitamos una muestra mucho más grande de ellos. “Desafortunadamente, son muy raros”, señala Perley.

El siguiente paso ideal sería contar con datos sobre un centenar de ellos, añade.

Quizá podamos acercarnos un poco a esa cifra el próximo año, cuando se lance un telescopio orbital israelí llamado Satélite de Astronomía Ultravioleta Transitoria (Ultrasat).

Se espera encontrar muchos más LFBots entre otros transitorios cosméticos, gracias a su gran campo de visión de 204 grados cuadrados, equivalente a ver 1.000 lunas llenas.

Otros telescopios espaciales, como el Telescopio Espacial James Webb (JWST), podrían tener más datos sobre LFBots singulares siempre que puedan orientarse en la dirección de una explosión mientras brilla.

“JWST sería perfecto”, dice Metzger. Sin embargo, ha resultado difícil conseguir tiempo en el telescopio para realizar tales observaciones. “Lo propuse dos veces”, explica Ho, pero no tuvo suerte. “Lo intentaré de nuevo este año”.

Hasta que lleguen más datos, el misterio de estas extrañas explosiones persistirá.

Lo que está claro es que los LFBots han demostrado ser mucho más inusuales de lo que se esperaba.

“Pensé que éste iba a ser un proyecto divertido y único”, sostiene Perley. “Pero realmente se convirtió en un fenómeno completamente independiente. Se volvieron cada vez más interesantes”.

Esta es una adaptación de una historia que publicó originalmente BBC Future. Para leerla en su versión original, en inglés, haz clic aquí.

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