Las «cuasi-estrellas»: agujeros negros disfrazados de estrellas

Explicar cómo el Sol mantiene su brillo es imposible sin el conocimiento que hemos adquirido durante los últimos 100 años. Por ejemplo, en el siglo XIX, Lord Kelvin propuso que el calor del Sol resulta del impacto constante de meteoritos sobre su superficie, pero acabó sustituyendo esta hipótesis por el concepto de la contracción gravitatoria. En este caso, el gas que compone el Sol se estaría calentando a medida que la gravedad de la propia estrella la comprime lentamente y su volumen disminuye. Según los cálculos de Lord Kelvin, este mecanismo permitiría que el Sol brillara durante unos 20 millones de años, una cifra muy superior a los pocos miles de años que podían proporcionar las reacciones químicas de combustión que otros pensadores habían propuesto en la misma época como fuente de energía de las estrellas.

Pero, a principios del siglo XX, los avances en física y astronomía revelaron que las estrellas brillan gracias a la llamada fusión nuclear.

El motor de las estrellas

El Sol, como el resto de las estrellas, es una gigantesca bola de plasma compuesta principalmente por hidrógeno y helio, los dos elementos más abundantes del universo. En la atmósfera terrestre, estos elementos se encuentran en estado gaseoso, lo que significa que sus átomos o moléculas están moviéndose libremente a nuestro alrededor, colisionando, rebotando y cambiando de dirección de manera constante.

Ahora bien, el hidrógeno y el helio que se encuentran en el núcleo del Sol se comportan de forma muy distinta porque nuestra estrella ronda el millón y medio de kilómetros de diámetro. El peso inmenso de las capas externas del Sol ejerce una presión tan tremenda sobre su interior que, en lugar de rebotar, los núcleos de los átomos de hidrógeno se ven obligados a unirse cuando colisionan. Este proceso en el que dos núcleos atómicos se fusionan para formar uno más grande es la llamada fusión nuclear y, en el caso del Sol, esos núcleos de hidrógeno formados por un protón suelto o un protón y un neutrón acaban uniéndose en grupos de dos protones y dos neutrones (o núcleos de helio, que es lo mismo).

Lo importante en este caso es que parte de la masa de los núcleos de hidrógeno se libera en forma de energía durante la reacción de fusión. De hecho, la energía liberada por la transformación de unos 600 millones de toneladas de hidrógeno en helio cada segundo es lo que mantiene la masa de nuestra estrella incandescente y brillante.

Pero, ojo, porque, además de calentar nuestra estrella, la energía emitida por esas reacciones de fusión que tienen lugar en su núcleo del Sol empuja sus capas externas hacia afuera, como si intentaran desgarrar la gigantesca bola de gas desde dentro. Por suerte, el peso de estas capas es tan tremendo que es capaz de oponerse a esta fuerza y «contener» la energía liberada por la fusión el núcleo estelar. Como resultado, las estrellas no son destruidas por las mismas reacciones de fusión que las mantienen vivas y pueden mantener su forma esférica hasta que se les acaba el combustible, un proceso que, en el caso de una estrella como el sol, lleva unos 10000 millones de años.

Ahora bien, aunque la fusión nuclear es el motor que hace brillar todas y cada una de las estrellas «normales» del universo actual, es posible que en el pasado existieran astros alimentados por una fuente de energía muy poco convencional: los agujeros negros.

Estrellas de agujeros negros

Las primeras estrellas que se formaron después de que tuviera lugar el Big Bang eran mucho más masivas que las actuales porque estaban hechas de hidrógeno y helio prácticamente puros, los dos primeros elementos que aparecieron en el universo. La masa de estas estrellas primordiales aún es objeto de debate y se han propuesto límites superiores de 1000 veces la masa del Sol, aunque hay estudios que sugieren un rango más modesto de entre 20 y 130 masas solares.

En este contexto, es posible que la masa de algunas de estas estrellas primordiales fuera tan grande que su núcleo se colapsó bajo su propia gravedad y formó un agujero negro que empezó a absorber la materia que lo rodeaba. Todo el material del interior de la estrella precipitándose a velocidades cercanas a la de la luz hacia el agujero negro central habría emitido suficiente radiación como para empujar las capas externas de la estrella hacia afuera e impedir que la gigantesca bola de gas se colapsara. De esta manera, existiría la posibilidad de que en el universo temprano se formaran estrellas inmensas mantenidas por un agujero negro, en lugar de la fusión nuclear de la materia de su núcleo. De ahí que a estos objetos se les suela llamar «cuasi-estrellas».

Estas estrellas inmensas habrían emitido tanta luz como una galaxia pequeña entera, pero, con una esperanza de vida de sólo 7 millones de años, su existencia fue fugaz (en términos astronómicos). Aun así, los inmensos agujeros negros que albergaban estas estrellas hipotéticas en su núcleo habrían jugado un papel crucial en el universo primigenio porque podrían ser los antecesores de los agujeros negros súpermasivos, los monstruosos cúmulos de masa que actualmente se encuentran en el centro de todas las galaxias.

Inedependientemente de si la existencia de estos curiosos objetos se acaba confirmando o descartando, una cosa está clara: no sólo es interesante estudiar el universo actual, sino también su pasado.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Los agujeros negros no son monstruos que te aspiran en cuanto los miras. En realidad, estos objetos se comportan como cualquier otro cuerpo celeste y es posible mantener una órbita estable a su alrededor si se guarda la distancia suficiente.

REFERENCIAS (MLA):

• Hideyuki Umeda et al. “First-generation black-hole-forming supernovae and the metal abundance pattern of a very iron-poor star”. Nature, número 422, pp. 871–873 (2003).
• Dominik R.G. Schleicher et al. “Massive black hole factories: Supermassive and quasi-star formation in primordial halos”. Astronomy & Astrophysics, número 558, A59 (2013).
• Steven Battersby, “Biggest black holes may grow inside ‘quasistars’”. NewScientist, 29 de noviembre de 2007.