27 de julio de 2020
27.07.2020
Gaveta de Astrofísica

Dsepende. ¿De qué depende? De según como se mire, todo depende

27.07.2020 | 06:45
Impresión artística de una binaria de rayos-X resaltando sus componentes principales. La estrella compañera y las zonas externas del disco de acreción emiten en el rango del visible y del infrarrojo, por lo que empleamos telescopios como el Gran Telescopio Canarias para su estudio. Las zonas más internas emiten en rayos-X y telescopios como XMM-Newton nos develan sus secretos. Con radiotelescopios como Parkes en Australia estudiamos los jets. Crédito: J.A.Paice y P.Gandhi. University of Southamptom.

Como nos cantaba Jarabe de Palo, allá a finales de los noventa, € todo depende de según cómo se mire. Esta reflexión de naturaleza más bien filosófica la podemos aplicar de forma más literal al mundo de la Astrofísica, aunque si queremos ser más precisos podríamos cambiar el estribillo por: € de según qué rango espectral, todo depende.

A estas alturas casi nadie se sorprenderá si digo que, aunque el mundo y los colores que vemos nos parecen infinitos, en realidad lo que somos capaces de percibir es bien poco; apenas nada. Del vasto espectro electromagnético nuestros ojos solo detectan una pequeña fracción, la cual llamamos, con toda razón, rango visible. Otros, como la criatura Predator, tienen visión infrarroja, perfecta para la caza de humanos (Schwarzenegger y los millennials saben a lo que me refiero), mientras que algunos insectos tienen receptores que les permiten ver en ultravioleta. En el caso de los astrofísicos nuestros "ojos" son los telescopios, y utilizamos instrumentación específica para observar en cada rango del espectro y tener así una visión más completa del Universo.

En mi campo de investigación, el estudio de agujeros negros que residen en sistemas binarios de rayos-X, somos auténticos Jedis en aplicar esta estrategia multicolor. Dependiendo de en qué rango espectral los observemos podremos estudiar las diferentes componentes del sistema por separado y así, cual rompecabezas, combinarlas para entender cómo funcionan estos objetos. Su nombre, binarias de rayos-X, ya nos da una primera idea de cuáles son sus principales piezas. Binarias, puesto que es un sistema estelar compuesto por dos cuerpos: una estrella común, estilo nuestro Sol, que es despojada de sus capas externas debido a la fuerza del campo gravitatorio de su vecino, el objeto más compacto y denso del Universo, un agujero negro. El apellido, de rayos-X, proviene del disco de acreción que se forma alrededor del agujero negro, ya que emite una gran cantidad de este tipo de luz.

Veamos ahora las diferentes componentes del sistema con mayor detalle:

La estrella compañera emite en el rango visible, por lo que para observarla utilizamos los telescopios clásicos (como el de Galileo Galilei), pero de última generación, que tenemos en nuestras montañas. Por medio de estos datos podemos conocer qué tipo de estrella es, qué combustible proporciona al disco de acreción y, sobre todo, qué masa tiene. Esto es importante, ya que sabiendo la masa de esta estrella donante y jugando un poco con la tercera ley de Kepler podemos calcular la masa del invisible agujero negro. Buscamos responder cuestiones como ¿cuál es el menor tamaño que puede tener un agujero negro?

El disco de acreción es un abanico de colores. Las partes externas son más frías, por lo que emiten luz poco energética, en el infrarrojo. A medida que nos internamos su temperatura aumenta, emitiendo en el visible, en el ultravioleta, hasta llegar a sus partes más internas y calientes, que emiten en rayos-X. Estudiar todo el disco en su conjunto usando diferentes tipos de telescopio es vital para entender cómo la materia cae hacia los agujeros negros, qué fracción de esta se transforma en energía (luz) y qué cantidad es directamente tragada (lo que conocemos como advección).

Los jets son chorros formados por partículas y energía lanzados a elevadísimas velocidades hacia el espacio exterior desde las inmediaciones del agujero negro. Tienen un gran impacto en la evolución del sistema y también en el Universo, ya que el medio interestelar es alterado por el choque de estos chorros. Los jets los estudiamos con radiotelescopios, que son claramente distinguibles por sus grandes antenas parabólicas. Estos estudios han desvelado cómo la intensidad de estos chorros está ligada con la emisión en rayos-X. A mayor rayos-X, mayor emisión en radio. Es decir, a mayor acreción de material, más se expulsa en forma de chorros.

El agujero negro: ¡Ah! ¿Pensaban que me iban a pillar? Como ya saben los lectores más fieles a la Gaveta de Astrofísica, los agujeros negros no emiten luz, no reflejan luz, no dejan escapar nada que cruce sus fronteras. Lo que pasa en un agujero negro, se queda en el agujero negro. Pero siempre podemos estudiar sus inmediaciones para ver lo que ocurre con la materia cuando se acerca "demasiado".

Y si todo depende de según cómo se mire, sin duda cuando miremos en el espectro de ondas gravitatorias veremos como nunca antes lo habíamos hecho. La futura misión espacial LISA, que esperamos que vuele en unos quince años, supondrá un punto de inflexión en el estudio de binarias de rayos-X. Los datos que proporcionarán estos nuevos ojos astrofísicos ayudarán a responder una infinidad de cuestiones relacionadas con la evolución de sistemas binarios o las últimas fases de la vida de las estrellas, como el colapso de sus núcleos para dar lugar a estrellas de neutrones y agujeros negros.

Biografía: Montserrat Armas Padilla es una astrofísica gomera que trabaja actualmente en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Tras licenciarse en Física en la Universidad de La Laguna y trabajar en el Departamento de Física Aplicada de la misma, se marchó a Holanda para llevar a cabo su tesis doctoral en la Universidad de Ámsterdam. Ha disfrutado de estancias de investigación en diferentes instituciones como la Universidad de Kioto (Japón) y la Universidad de Oxford (Reino Unido), siempre dedicada al estudio de estrellas de neutrones mediante datos de rayos-X.

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