Documentan por primera vez cómo una estrella masiva desaparece y se convierte en un agujero negro

Un equipo de astrónomos, liderado por Kishalay De, del Instituto Flatiron, documentó por primera vez con detalle cómo una estrella masiva en la galaxia de Andrómeda desaparece sin convertirse en supernova y colapsa directamente para formar un agujero negro. Los hallazgos, que se publican este jueves en la revista Science, proporcionan una de las evidencias más sólidas hasta la fecha de que las llamadas “supernovas fallidas” pueden producir agujeros negros de masa estelar. 

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La mayoría de estos agujeros negros se forman durante el colapso del núcleo de una estrella masiva, que generalmente produce una supernova, pero en una fracción de los casos el colapso progresa casi directamente a un agujero negro y no se produce una supernova observable. La estrella M31-2014-DS1 es una supergigante amarilla que se encuentra a unos 2,5 millones de años luz de la Tierra, en la vecina galaxia de Andrómeda y tenía unas 10 masas solares. Los autores analizaron los datos de esta supergigante obtenidos por el proyecto NEOWISE de la NASA y otros telescopios terrestres y espaciales entre 2005 y 2023 y analizaron cómo se apagaba. 

En 2014 la estrella comenzó a emitir luz infrarroja y dos años después se atenuó rápidamente, muy por debajo de su luminosidad original. Las observaciones de 2022 y 2023 mostraron que la estrella prácticamente desapareció en luz visible e infrarroja cercana, alcanzando una diezmilésima parte de su brillo en estas longitudes de onda. Su remanente ahora solo es detectable en luz infrarroja media, donde brilla con apenas una décima parte de su brillo anterior.

“Esta estrella solía ser una de las más luminosas de la galaxia de Andrómeda, y ahora no se veía por ningún lado”, explica Kushalay De. “Imaginen si la estrella Betelgeuse desapareciera de repente. ¡Todos perderían la cabeza! Algo similar estaba sucediendo con esta estrella en la galaxia de Andrómeda”. Los resultados ofrecen un vistazo poco común al misterioso origen de los agujeros negros y ayudarán a explicar por qué algunas estrellas masivas se convierten en agujeros negros al morir, mientras que otras no.

“Esto es solo el comienzo”, afirma Kishalay De. La luz de los restos polvorientos que rodean el agujero negro recién nacido, añade, “será visible durante décadas con la sensibilidad de telescopios como el telescopio espacial James Webb, ya que continuará desapareciendo muy lentamente. Y esto podría convertirse en un punto de referencia para comprender cómo se forman los agujeros negros estelares en el universo”.

Localizar otros agujeros negros

Aunque esta posibilidad de que una estrella masiva colapse directamente en un agujero negro sin explotar se había propuesto desde hace años, es la primera vez que se dispone de datos a largo plazo suficientes para seguir todo el proceso y llegar a una conclusión sólida, comenta Lluís Galbany, astrofísico del ICE-CSIC que no participó en el estudio. “El descubrimiento demuestra que no todas las estrellas masivas mueren como supernova y que, con observaciones sostenidas en el tiempo, es posible detectar el nacimiento de un agujero negro”.

“El hecho de que la estrella haya desaparecido sugiere la formación del agujero negro porque los modelos teóricos predicen que la formación de una estrella de neutrones, que sería la otra posibilidad, debería producirse en una explosión de supernova que se habría detectado como un crecimiento muy grande en la luminosidad en ese punto de la galaxia”, señala Jonay González, investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC). “Es un trabajo interesante y muy complicado. Y ayudará a desarrollar modelos y entender la física que da lugar a que estos eventos se produzcan”. 

“Hasta ahora no había casos no ambiguos de una estrella masiva que colapsara directamente en agujero negro, aunque esto ya hace décadas que lo había previsto la teoría”, asegura Miguel Torres, astrofísico del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). “Este trabajo demuestra observacionalmente que algunas estrellas masivas no explotan, sino que colapsan silenciosamente y se forman agujeros negros. El impacto es tremendo: abre una vía a la búsqueda sistemática de estos agujeros negros, usando luz infrarroja como trazador y con el telescopio James Webb (JWST) se podrá hacer a distancias mucho mayores que hasta ahora”.