El choque de estrellas produce zombis
Una nueva investigación rastrea el destino de las estrellas que viven cerca del agujero negro central de la Vía Láctea.
Por la Universidad Northwestern
Estrellas giran alrededor del agujero negro que hay en el centro de la Vía Láctea. Imagen conceptual generada por Copilot.
A pesar de su avanzada edad, algunas estrellas que orbitan alrededor del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea parecen aparentemente jóvenes. Pero a diferencia de los seres humanos, que parecen rejuvenecidos tras una nueva serie de inyecciones de colágeno, estas estrellas parecen jóvenes por una razón mucho más oscuras.
Este es solo uno de los hallazgos más peculiares de una nueva investigación de la Universidad Northwestern (EE. UU.). Utilizando un nuevo modelo, los astrofísicos trazaron los violentos viajes de un millar de estrellas simuladas en órbita alrededor de Sagitario A* (Sgr A*). el agujero negro supermasivo central de nuestra galaxia.
Al estar densamente poblada de estrellas, la región suele experimentar brutales colisiones estelares. Al simular los efectos de estas intensas colisiones, el nuevo trabajo encuentra que los supervivientes de la colisión pueden perder masa para convertirse en estrellas de baja masa o pueden fusionarse con otras estrellas para volverse masivas y rejuvenecer en apariencia.
"La región alrededor del agujero negro central es densa, con estrellas que se mueven a velocidades extremadamente altas— dice Sanaea C. Rose, de la Universidad Northwestern, que ha dirigido la investigación. Y añade—: Es un poco como correr por una estación de metro increíblemente concurrida en la ciudad de Nueva York durante la hora punta. Si no chocas con otras personas, entonces estás pasando muy cerca de ellas. En el caso de las estrellas, estas cuasicolisiones todavía hacen que interactúen gravitacionalmente. Queríamos explorar qué significan estas colisiones e interacciones para la población estelar y caracterizar los resultados”.
Estrellas que se mueven a miles de kilómetros por segundo y destinadas a colisionar.
El centro de la Vía Láctea es un lugar extraño y salvaje. La atracción gravitatoria de Sgr A* acelera las estrellas para que giren alrededor de sus órbitas a velocidades aterradoras. Y el número de estrellas concentradas en el centro de la galaxia supera el millón. La densidad del cúmulo y la velocidad del rayo equivalen a un derbi de demolición a alta velocidad. En la región más interna, a 0,1 parsecs del agujero negro, pocas estrellas salen indemnes.
"La estrella más cercana a nuestro sol está a unos cuatro años luz—comenta Rose. Y añade—: En esa misma distancia, cerca del agujero negro supermasivo, hay más de un millón de estrellas. Es un vecindario increíblemente abarrotado. Además, el agujero negro supermasivo ejerce una fuerte atracción gravitatoria. Al orbitar el agujero negro, las estrellas pueden moverse a miles de kilómetros por segundo".
Esta ilustración muestra las órbitas de estrellas muy cercanas a Sagitario A*, un agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea. Crédito: ESO / L. Calçada / Spaceengine.org
Dentro de este estrecho y agitado vecindario, las estrellas pueden colisionar con las vecinas. Y cuanto más cerca viven las estrellas del agujero negro supermasivo, mayor es la probabilidad de choque. Curiosos por los resultados de estas colisiones, Rose y sus colaboradores desarrollaron una simulación para trazar los destinos de las poblaciones estelares en el centro galáctico. La simulación tiene en cuenta varios factores: densidad del cúmulo estelar, masa de las estrellas, velocidad de la órbita, gravedad y distancias al Sgr A*.
De los "choques violentos" a las fusiones totales
En su investigación, Rose identificó un factor que puede determinar el destino de una estrella: su distancia al agujero negro supermasivo.
En un radio de 0,01 parsecs del agujero negro, las estrellas, que como hemos dicho se mueven a velocidades de miles de kilómetros por segundo, chocan constantemente entre sí. Rara vez se trata de una colisión frontal, sino más bien de un "violento choque de manos", como lo describe Rose. Los impactos no son tan fuertes como para aplastar las estrellas por completo. En lugar de ello, se desprenden de sus capas exteriores y continúan acelerándose a lo largo del curso de colisión.
"Se golpean entre sí y siguen adelante—explica Rose. Y continúa—: Simplemente se rozan como si estuvieran chocando los cinco muy violentamente. Esto hace que las estrellas expulsen algo de material y pierdan sus capas exteriores. Dependiendo de qué tan rápido se muevan y de cuánto se superpongan cuando colisionen, pueden perder bastante de sus capas externas. Estas colisiones destructivas dan como resultado una población de estrellas extrañas, despojadas y de baja masa”.
Fuera de los 0,01 pársecs, las estrellas se mueven a un ritmo más relajado: cientos de kilómetros por segundo en lugar de miles. Debido a su menor velocidad, estas estrellas chocan entre sí, pero no tienen energía suficiente para escapar. En su lugar, se fusionan y se hacen más masivas. En algunos casos, pueden incluso fusionarse varias veces y llegar a ser 10 veces más masivas que nuestro Sol.
Colisión de estrellas. Crédito: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
"A algunas estrellas les toca la lotería de las colisiones", explica Rose. "A través de colisiones y fusiones, estas estrellas acumulan más hidrógeno. Aunque se formaron a partir de una población más antigua, se disfrazan de estrellas rejuvenecidas de aspecto joven. Son como estrellas zombi; se comen a sus vecinas".
Pero la apariencia juvenil tiene el coste de una esperanza de vida más corta.
"Mueren muy deprisa—confiesa Rose. Y añade—: Las estrellas masivas son como coches gigantes que consumen mucho gas. Empiezan con mucho hidrógeno, pero lo consumen muy, muy rápido".
Un entorno extremo como ningún otro.
Aunque Rose disfruta estudiando la extraña y extrema región cercana a nuestro centro galáctico, su trabajo también puede revelar información sobre la historia de la Vía Láctea. Y como el cúmulo central es extremadamente difícil de observar, las simulaciones de su equipo pueden iluminar procesos que de otro modo quedarían ocultos.
"Es un entorno como ningún otro. Las estrellas, que están bajo la influencia de un agujero negro supermasivo en una región muy poblada, no se parecen a nada que podamos ver en nuestro propio vecindario solar— afirma Rose. Y finaliza—: Pero si podemos conocer estas poblaciones estelares, quizá podamos aprender algo nuevo sobre cómo se formó el centro galáctico. Como mínimo, sin duda proporciona un punto de contraste para el vecindario en el que vivimos".
Información facilitada por la Universidad Northwestern
Fuente: Sanaea C. Rose, Morgan MacLeod. Collisional Shaping of Nuclear Star Cluster Density Profiles. arXiv (2024). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.19912
