Una estrella despedazada

Cómo un agujero negro destroza una estrella que se acerca demasiado e ilumina el corazón de una galaxia

Paso a paso

Una estrella se acerca

Casi todas las galaxias grandes tienen un agujero negro gigante en su centro. El de la Vía Láctea, Sagitario A*, tiene cuatro millones de veces la masa del Sol; este tiene un millón, lo típico entre los que se han visto despedazando estrellas. Las estrellas pululan alrededor de estos agujeros en órbitas propias, y de vez en cuando dos pasan tan cerca que una sale lanzada a una trayectoria que se precipita directa hacia el agujero.

El agujero en sí es pequeño para su masa. Su horizonte de sucesos, la superficie desde cuyo interior ni la luz escapa, es unas cuatro veces más ancho que el Sol. Su gravedad curva la luz de las estrellas que hay detrás, y por eso el cielo se ve deformado alrededor de su sombra negra.

El anillo discontinuo es el radio de marea. Fuera de él, la propia gravedad de la estrella la mantiene unida. Dentro, nada puede.

Estirada

El agujero tira con más fuerza del lado cercano de la estrella que del lejano. Cerca del radio de marea esa diferencia, la marea, se hace tan fuerte como la propia gravedad de la estrella, y la estrella se estira.

Las mareas no son exclusivas de los agujeros negros. La Luna las provoca en los océanos de la Tierra porque tira con más fuerza del lado de la Tierra que mira hacia ella. Aquí la atracción cambia tan bruscamente con la distancia que, a lo ancho de una estrella, la diferencia supera la propia gravedad de la estrella.

Los astrónomos lo llaman espaguetización, porque todo lo que cae se estira, largo y delgado. Para un agujero negro de un millón de soles, una estrella como el Sol llega a ese punto a unos 70 millones de km: la mitad de la distancia de la Tierra al Sol, y todavía muy lejos del horizonte.

Ocurre deprisa. A decenas de miles de kilómetros por segundo, la estrella tarda solo unos 18 minutos en ir del radio de marea a su máximo acercamiento.

Despedazada

Nada explota. La estrella simplemente deja de ser una sola cosa: su gas conserva la velocidad que tenía, pero cada parte está a una distancia ligeramente distinta del agujero, así que cada una sigue una órbita algo diferente. Aplastada al pasar junto a él y luego estirada, la estrella se convierte en una corriente larga y delgada.

El lado que estaba más cerca del agujero va un poco demasiado lento para escapar y ahora queda ligado a él. El lado lejano va un poco demasiado rápido y nunca volverá. Esa pequeña diferencia decide todo lo que sigue.

Las simulaciones por ordenador muestran cómo toda la estrella se deshace en pocas horas.

Un río de gas

En pocos días la corriente es más larga que la distancia de la Tierra al Sol. Su mitad ligada, más cerca del agujero, va frenando y volverá a caer; la otra mitad se aleja para siempre.

La corriente sigue siendo delgada porque su propia gravedad la mantiene unida por los lados, aunque se estira hasta miles de veces la longitud de la estrella. Su gas se enfría al extenderse, así que la corriente real es tenue. Los telescopios no pueden verla, pero las simulaciones la siguen de cerca.

Cómo se reparte el gas depende de la energía que se llevó cada parte: cuanto más cerca del agujero estaba dentro de la estrella, más ligado queda. El gas más ligado sigue una órbita que lo lleva a unas 46 veces la distancia de la Tierra al Sol antes de dar la vuelta.

El anillo discontinuo es la órbita de la Tierra, dibujada a la misma escala.

La mitad sale volando

El gas que escapa se lleva la mitad de la masa de la estrella hacia la galaxia. A miles de kilómetros por segundo vagará entre las estrellas durante millones de años: un fino arco de gas que un día fue un sol.

El gas ligado sigue órbitas largas y estrechas alrededor del agujero, como los cometas alrededor del Sol. El gas que estaba más cerca del agujero tiene la órbita más corta y vuelve primero; el resto le sigue durante meses y años, cada vez menos a la vez.

El anillo discontinuo es la órbita de Neptuno, a escala. La corriente pronto llega mucho más allá del tamaño de todo nuestro sistema planetario.

El regreso

Con la gravedad de Newton una órbita se cierra sobre sí misma. Cerca de un agujero negro no: la teoría de Einstein hace que cada órbita gire un poco más, como la de Mercurio alrededor del Sol, solo que aquí unos 23 grados en cada vuelta en lugar de un pelo.

Así, el gas que acaba de rodear el agujero sale de nuevo por una línea algo distinta y choca con la corriente que sigue cayendo, a unas 16 veces la distancia de la Tierra al Sol. El choque calienta el gas y le roba velocidad, y poco a poco se asienta en un disco caliente y arremolinado alrededor del agujero.

Cómo exactamente el gas que regresa forma un disco todavía se está estudiando, con algunas de las mayores simulaciones de la astronomía.

El destello

Los telescopios captan estos destellos como un repentino aumento de brillo en el centro mismo de una galaxia que estaba tranquila. AT2019qiz, descubierto en 2019 en una galaxia a 215 millones de años luz, es el más cercano hasta ahora; el brillo y la temperatura del destello que se muestran aquí son los medidos, aunque sus tiempos son los del modelo más sencillo.

Su luz visible viene de una nube de gas caliente alrededor del agujero, decenas de veces más ancha que la órbita de la Tierra, expulsada por el destello e iluminada desde dentro. El disco, más adentro, brilla sobre todo en luz ultravioleta y rayos X.

Cerca del agujero, su gravedad curva la luz del disco, así que la parte lejana del disco asoma por encima y por debajo de la sombra negra.

Apagándose

Cada día vuelve menos gas, así que el destello se apaga, como muestra la gráfica. En pocos años casi ha desaparecido, y el agujero negro vuelve a quedar en calma.

El gas que regresa disminuye de una forma que se deduce de cómo se repartió la energía de la corriente: el ritmo cae como el tiempo elevado a menos cinco tercios. La luz de muchos destellos se apaga exactamente así, una de las señales más claras de que de verdad son estrellas despedazadas.

Aproximadamente la mitad de la estrella vuelve a caer. Una parte es engullida y mucha sale despedida de nuevo por el calor. El agujero gana una fracción de un sol: apenas un cambio para algo un millón de veces más pesado.

En una galaxia como la nuestra esto ocurre una vez cada 10 000 a 100 000 años. Con tantas galaxias que vigilar, los telescopios de rastreo ya encuentran decenas al año, y se espera que el Observatorio Vera C. Rubin, en Chile, encuentre miles.