¿Cómo de masiva tiene que ser una estrella para convertirse en un agujero negro?

Astrónomos europeos han demostrado por primera vez que un magnetar, un inusual tipo de estrella de neutrones, se formó a partir de una estrella de al menos 40 veces la masa del Sol. El resultado desafía las actuales teorías sobre evolución estelar, ya que se esperaba que una estrella tan masiva como ésta se convirtiera en un agujero negro, no en un magnetar. Se plantea así una pregunta fundamental: ¿cuán masiva debe ser realmente una estrella para convertirse en un agujero negro?

Para llegar a estas conclusiones, los astrónomos miraron en detalle el extraordinario cúmulo estelar Westerlund 1, situado a 16.000 años-luz de distancia en la constelación austral de Ara (el Altar). Este súper cúmulo de estrellas es el más cercano conocido, con cientos de estrellas muy masivas en su interior -algunas brillan con un resplandor similar a casi un millón de soles- y una extensión de unas doscientas veces el diámetro del Sol.

“Si el Sol estuviese ubicado en el corazón de este notable cúmulo, nuestro cielo nocturno estaría lleno de cientos de estrellas tan brillantes como la Luna llena”, dice Ben Ritchie, autor principal del estudio, que pronto se publicará en la revista Astronomy and Astrophysics.

Las estrellas del cúmulo tienen algo en común: todas alcanzan la misma edad, estimada en entre 3,5 y 5 millones de años, debido a que se creó en un solo evento de formación estelar. Por su parte, un magnetar es un tipo de estrella de neutrones con un campo magnético tremendamente fuerte –1015 veces más fuerte que el de la Tierra-, que se forma cuando ciertas estrellas explotan como supernovas.

El cúmulo Westerlund 1 alberga uno de los pocos magnetares conocidos en la Vía Láctea. Como se encuentra en el cúmulo, los astrónomos pudieron deducir que este magnetar debe haberse formado a partir de una estrella al menos 40 veces más masiva que el Sol. Las observaciones se han realizado con el Very Large Telescope (VLT) que el Observatorio Europeo Austral (ESO) tiene en el norte Chile.

De esta forma se demuestra por primera vez que los magnetares pueden desarrollarse a partir de estrellas que, por su gran masa, se esperaría que formen agujeros negros. Hasta ahora se suponía que las estrellas con masas iniciales de entre 10 y 25 masas solares se convertían en estrellas de neutrones, mientras que aquéllas sobre 25 masas solares producían agujeros negros.

Un desafío a las teorías

“Estas estrellas deben deshacerse de más de nueve décimos de su masa antes de explotar como supernova, o de otra forma crearían un agujero negro”, dice otro de los autores, Ignacio Negueruela, de la Universidad de Alicante. “Pérdidas de masa tan enormes antes de la explosión presentan grandes desafíos a las actuales teorías de evolución estelar”.

Los autores postulan que la estrella que se convirtió en magnetar -la progenitora- nació con una compañera estelar. A medida que ambas estrellas se fueron desarrollando, comenzaron a interactuar, consumiendo la energía derivada del movimiento orbital en eyectar grandes cantidades de masa desde la estrella progenitora.

Aunque la compañera no es actualmente visible en la zona del magnetar, esto se puede deber a que la supernova que formó el magnetar provocó la escisión del sistema binario, eyectando a ambas estrellas a alta velocidad desde el cúmulo.

“Si este es el caso, los sistemas binarios jugarían un rol clave en la evolución estelar, provocando pérdidas de masa -una ‘dieta’ cósmica perfecta para estrellas de gran peso-, que permite perder hasta un 95% de la masa inicial”, concluye Simon Clark, el científico de la Open University (Reino Unido) que lidera el grupo de investigación.