“La acreción es uno de los sistemas más eficientes para convertir masa en energía”

Hendrik Spruit, durante la entrevista realizada en la XXI Canary Islands Winter School of Astrophysics que organiza el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC).

 

¿Ha trabajado siempre en acreción?

Comencé con problemas de Física Solar, manchas solares y campos magnéticos durante mi investigación doctoral en los Países Bajos. Pero cuando llegué al instituto en Garching ya nadie estaba interesado en ese campo, y lo que tocaba hacer eran discos de acreción. No había presión alguna para trabajar en algo concreto, podías escoger lo que quisieras. Luego vinieron los estallidos de rayos gamma. En general he persistido en mi interés por los campos magnéticos en el Cosmos.

Todo en el Cosmos es magnético, de un modo u otro, y algunos de los fenómenos más espectaculares son de naturaleza magnética. Comenzar con la Física Solar supone un buen entrenamiento al estar la teoría de los campos magnéticos muy desarrollada para su aplicación en el Sol.

¿Qué quiere decir cuando utiliza la palabra 'acreción'?

Hay acreción en muchos objetos astronómicos diferentes, desde agujeros negros a estrellas de neutrones, estrellas normales… Es el proceso por el cual masa procedente del exterior cae en la estrella. El tirón gravitatorio que ejerce, por ejemplo, una enana blanca, provoca que la masa caiga sobre ella. Habitualmente una estrella flota en el Universo rodeada por un espacio prácticamente vacío, así que no hay muchas circunstancias que propicien la caída de masa sobre ella, pero existen algunas.

¿Cuáles son estas circunstancias especiales?

Una de ellas es que la estrella tenga una compañera orbitando a su alrededor. En algunas ocasiones esta estrella compañera está tan cerca de (por seguir con el ejemplo) la enana blanca, que su masa es atraída hacia ésta con tanta fuerza que cae sobre ella. Como la enana blanca es mucho más pequeña que una estrella corriente, la masa cedida llega a su superficie a gran velocidad. Si en lugar de una enana blanca se trata de una estrella de neutrones o un agujero negro, esta velocidad es próxima a la de la luz. Al llegar a la superficie, la masa se frena repentinamente de modo que, en el caso de la estrella de neutrones, su velocidad varía desde casi la de la luz hasta un valor muy bajo, lo que libera una enorme cantidad de energía, visible habitualmente como rayos X.

¿Cree que es uno de los procesos más eficientes en el Universo?

Es uno de los modos más eficientes de convertir masa en energía. Conoces el E=mc2 de Einstein por el cual la energía y la masa son equivalentes. El Sol libera energía por reacciones nucleares con una eficiencia inferior al uno por ciento. Si dejas caer masa en una estrella de neutrones, casi el diez por ciento de la masa que cae es convertida en energía radiativa. Es un proceso muy eficiente.

¿Puede explicar la acreción en el Sistema Solar?

Se trata de una situación muy diferente, aunque también se puede plantear bajo el fenómeno de la acreción. Las estrellas se forman por la lenta acumulación de masa procedente de su medio, el cual es una nube molecular. Una vez que la concentración de masa deviene lo bastante densa como para empezar a caer hacia sí misma por su propia atracción gravitatoria, se condensa hasta formar una estrella. Debido a que estas nubes rotan ligeramente, el proceso tiene dos estadios: la nube colapsa en un disco en rotación, y después el disco se contrae lentamente y forma una estrella en el centro

Durante este proceso ocurren cosas en el interior de estos discos, una de las más interesantes es que se forman planetas. Lo que vemos como nuestro sistema planetario era originalmente un disco de acreción que dio lugar al Sol. Pero en el proceso de su formación parte del polvo en el disco condensó en los planetas.

El Sistema Solar es un residuo que muestra un poco lo que ocurrió hace mucho tiempo. El disco protoestelar es objeto de gran atención por parte de los investigadores porque está relacionado con la formación planetaria, que es algo que interesa mucho. Y también se buscan planetas alrededor de otras estrellas, y otros sistemas solares. Y todo ello está estrechamente relacionado con el modo en que funcionan los discos de acreción.

¿Cómo nos ayuda la acreción a descubrir que los agujeros negros están ahí?

Creemos que en prácticamente todas las galaxias hay un agujero negro en su centro. Algunas poseen agujeros negros de miles de millones de masas solares o más, otras sólo tienen agujeros negros muy pequeños, como el de la Vía Láctea, de sólo tres millones de masas solares (pequeño en comparación con un cuásar, por ejemplo).

El único modo conocido para identificar algunos de estos agujeros negros es que se encuentren cerca de algo capaz de suministrarles masa. Tenemos de nuevo el caso en que un agujero negro forma parte de un sistema binario, con una estrella orbitando a su alrededor.

La relatividad de Einstein predice que la compañera se va acercando poco a poco al agujero negro, hasta que está tan próxima a él que comienza a cederle masa. Lo normal es que esta masa simplemente caiga en su interior (sin que se pueda detectar nada). Pero debido a la rotación (la estrella compañera orbita en torno al agujero negro) la masa no puede caer directamente dentro del agujero negro, y forma un disco de acreción. Aunque la masa finalice igualmente en el agujero negro, el proceso es mucho más lento.

Cuando algo cae en un agujero negro, antes de desaparecer alcanza la velocidad de la luz. Y las velocidades correspondientes a las órbitas alrededor del agujero negro son también extremadamente elevadas. Debido a esto termina liberándose una enorme cantidad de energía, lo que da lugar a estrellas de rayos X, muy brillantes, que se detectan fácilmente, incluso con un experimento en un pequeño satélite es posible ver una decena o un centenar en la galaxia.

Esto ya se realizó en los años sesenta con experimentos no mayores de 10 centímetros. Uno de los primeros sistemas descubiertos fue Cygnus X-1, una fuente de rayos X extremadamente brillante, y también uno de las mejores estudiadas puesto que produce tanta radiación que es fácilmente visible con todo tipo de telescopios. Después se encontraron objetos muy similares, Cygnus X-1 es tan brillante porque está muy cerca de nosotros, pero hay muchos otros. Quizás existan unos cuantos centenares de este tipo de estrellas en nuestra galaxia, y cada vez se descubren más.

Fuente SINC