EL AGUJERO NEGRO QUE SE TRAGA SU PROPIA LUZ

El horizonte de sucesos es lo que hace que un agujero negro sea un agujero negro: una frontera más allá de la cual nada, ni siquiera la luz, puede regresar. Por definición, no nos envía ninguna señal. El Event Horizon Telescope ha fotografiado las sombras de los agujeros negros gigantes de la galaxia M87 y de Sagitario A*, una prueba indirecta de un horizonte. Pero el horizonte de un agujero negro nacido de una estrella mide solo decenas de kilómetros, demasiado pequeño para fotografiarlo.

El argumento de la compañera tenue

Los astrónomos tienen otra pista. En las parejas en las que una estrella muerta arranca gas a una compañera, los sistemas de agujero negro en reposo suelen ser unas cien veces más tenues que los sistemas de estrella de neutrones con órbitas parecidas. La explicación: el gas que cae choca contra la superficie de una estrella de neutrones y brilla, mientras que un agujero negro se traga la energía.

El punto débil es una suposición. El argumento supone que órbitas parecidas implican ritmos de alimentación parecidos. En órbitas de más de 80 minutos, la compañera puede ser una enana marrón, una estrella corriente o una gigante, y varios efectos pueden impulsar el flujo de gas. El ritmo real de alimentación es desconocido.

Parejas que orbitan en minutos

Qian-Qi Ma, Wei-Min Gu y Mouyuan Sun, de la Universidad de Xiamen, con Shan-Shan Weng, de la Universidad Normal de Nanjing, recurrieron a las binarias de rayos X ultracompactas. Cuando la órbita dura menos de 40 minutos, los dos cuerpos están tan cerca que la compañera solo puede ser una enana blanca. Y la órbita se encoge sobre todo porque emite ondas gravitacionales.

Eso convierte a estos sistemas en laboratorios limpios. El ritmo de alimentación depende entonces solo de la teoría de la gravedad y de cómo se relaciona el tamaño de una enana blanca con su masa. Puede calcularse a partir del periodo orbital, con unas pocas masas supuestas: de 1,4 a 2 soles para una estrella de neutrones, de 3 a 20 para un agujero negro.

El equipo conservó cinco de estos sistemas, todos en cúmulos globulares, densas bolas de estrellas viejas cuyas distancias se conocen con un margen del 2 %:

• cuatro contienen una estrella de neutrones, identificada por sus estallidos termonucleares de rayos X;
• uno, 47 Tuc X-9, contiene un agujero negro, identificado por cómo varían conjuntamente sus emisiones de radio y de rayos X. Su órbita dura unos 28 minutos.

Después compararon la emisión media de rayos X de cada sistema, tomada de Chandra, Swift y otros observatorios, con su ritmo de alimentación calculado.

Mil veces más tenue

El resultado es la eficiencia radiativa: la fracción de la energía de la masa que cae que sale en forma de rayos X.

• En las cuatro estrellas de neutrones, es superior al 5 %.
• En el agujero negro, es inferior al 0,03 %.

La diferencia es de dos a tres órdenes de magnitud. La pareja más llamativa: el sistema de estrella de neutrones M15 X-2 y el agujero negro 47 Tuc X-9 se alimentan a ritmos similares, unos 10¹⁶ gramos por segundo, y sin embargo 47 Tuc X-9 es mil veces más tenue. Incluso admitiendo incertidumbres de hasta un factor diez en el brillo de algunas fuentes, los dos grupos siguen separados.

Adónde va la energía

Los autores lo explican por lo que hay en el fondo. Una estrella de neutrones tiene una superficie dura: aunque el gas caliente que cae radie mal durante el descenso, su energía acaba depositándose en esa superficie y se reemite. Un agujero negro no tiene superficie. A ritmos de alimentación bajos, gran parte de la energía del gas se transporta hacia dentro en forma de calor y desaparece tras el horizonte.

Para los autores, es una prueba sólida del horizonte de un agujero negro estelar, aunque indirecta, como dice su propio resumen. Se basa en un único agujero negro. Hacen una predicción comprobable: cualquier nueva estrella de neutrones hallada en una pareja tan cerrada debería caer en el grupo brillante, y cualquier agujero negro con una órbita similar debería ser tan tenue como 47 Tuc X-9.

Una lección para los agujeros negros gigantes

El estudio encierra una advertencia más amplia. En los agujeros negros, el brillo es un mal indicador de cuánto comen. Un agujero negro puede crecer sin dejar de ser tenue. Según los autores, los sondeos que deducen el crecimiento de los agujeros negros supermasivos a partir de su luz podrían pasar por alto parte de ese crecimiento.