¿Qué sucede si pones un agujero negro dentro del sol?

22 de diciembre de 2023

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por Max Planck Society

En un escenario hipotético, los agujeros negros primordiales pequeños podrían ser capturados por estrellas recién formadas. Un equipo internacional, dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Astrofísica, ha modelado la evolución de estas llamadas "estrellas de Hawking" y ha descubierto que pueden tener una vida sorprendentemente larga, pareciéndose a las estrellas normales en muchos aspectos. El trabajo se publica en The Astrophysical Journal.

La asterosismología podría ayudar a identificar tales estrellas, lo que a su vez podría probar la existencia de agujeros negros primordiales y su papel como componente de la materia oscura.

Hagamos un ejercicio científico: Si asumimos que se crearon una gran cantidad de agujeros negros muy pequeños justo después del Big Bang (llamados agujeros negros primordiales), algunos de ellos podrían ser capturados durante la formación de nuevas estrellas. ¿Cómo afectaría esto a la estrella durante su vida?

"A veces los científicos hacen preguntas locas para aprender más", dice Selma de Mink, directora del departamento estelar del Instituto Max Planck de Astrofísica (MPA). "Ni siquiera sabemos si existen agujeros negros primordiales, pero aún podemos hacer un interesante experimento mental".

Los agujeros negros primordiales se habrían formado en el universo muy temprano con una amplia gama de masas, desde algunos tan pequeños como un asteroide hasta miles de masas solares. Podrían constituir un componente importante de la materia oscura, además de ser las semillas de los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias actuales.

Con una probabilidad muy pequeña, una estrella recién formada podría capturar un agujero negro con la masa de un asteroide o una pequeña luna, que luego ocuparía el centro de la estrella. A una estrella así se le llama "estrella de Hawking", en honor a Stephen Hawking, quien propuso esta idea en un artículo en la década de 1970.

El agujero negro en el centro de una estrella de Hawking crecería lentamente, ya que la entrada de gas para alimentar al agujero negro es obstaculizada por la luminosidad que sale. Un equipo internacional de científicos ha modelado ahora la evolución de una estrella de este tipo con diversas masas iniciales para el agujero negro y con diferentes modelos de acreción para el centro estelar. Su sorprendente resultado: cuando la masa del agujero negro es pequeña, la estrella es prácticamente indistinguible de una estrella normal.

"Las estrellas que albergan un agujero negro en su centro pueden vivir sorprendentemente mucho tiempo", dice Earl Patrick Bellinger, becario postdoctoral de MPA y ahora profesor asistente en la Universidad de Yale, quien dirigió el estudio. "Nuestro sol incluso podría tener un agujero negro tan masivo como el planeta Mercurio en su centro sin que nos demos cuenta".

La principal diferencia entre una estrella de Hawking y una estrella normal estaría cerca del núcleo, que se volvería convectivo debido a la acreción en el agujero negro. No alteraría las propiedades de la estrella en su superficie y escaparía a las capacidades de detección actuales. Sin embargo, podría ser detectable utilizando el campo relativamente nuevo de la asterosismología, donde los astrónomos utilizan las oscilaciones acústicas para explorar el interior de una estrella.

También en su evolución posterior, en la fase de gigante roja, el agujero negro podría llevar a firmas características. Con proyectos próximos como PLATO, podrían descubrirse tales objetos. Sin embargo, se necesitan más simulaciones para determinar las implicaciones de colocar un agujero negro en estrellas de diversas masas y metalicidades.

Si los agujeros negros primordiales se formaron realmente poco después del Big Bang, buscar estrellas de Hawking podría ser una forma de encontrarlos.

"Aunque el sol se usa como ejercicio, hay buenas razones para pensar que las estrellas de Hawking serían comunes en cúmulos globulares y galaxias enanas ultra débiles", señala el profesor Matt Caplan de la Universidad Estatal de Illinois, coautor del estudio.

"Esto significa que las estrellas de Hawking podrían ser una herramienta para probar tanto la existencia de agujeros negros primordiales como su posible papel como materia oscura".

Información de la revista: Astrophysical Journal

Proporcionado por: Max Planck Society