La acreción es uno de los sistemas más eficientes para

Hendrik Spruit: “La acreción es uno de los sistemas más eficientes para
convertir masa en energía”
Es holandés, pero trabaja en el Instituto de Astrofísica de la Max Planck Society
en Garching (Munich) desde hace treinta años. Explica que cuando se
incorporó al mercado laboral no había trabajo en Holanda, y destaca que le
gusta mucho combinar el trabajo teórico con el observacional. Los últimos
años ha viajado con frecuencia a La Palma para observar con el Telescopio
Solar Sueco, según él un instrumento espectacular y el mejor telescopio para la
Física Solar que existe en el mundo actualmente. Disfruta con la edición de
grabaciones en vídeo de conciertos de música, actividad que, según explica,
exige una gran atención al detalle.
¿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
-
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).
También se piensa que muchas estrellas masivas colapsan al final de su vida, o
parte de su masa colapsa, formando un agujero negro, lo único que queda de
la estrella. Los agujeros negros son negros, y por tanto difíciles de encontrar, así
que estos restos de estrellas masivas están probablemente flotando alrededor
nuestro. Existen diversas predicciones sobre su número, podría ser del orden de
un centenar de millones e incluso más en nuestra galaxia. La mayor parte
simplemente están por ahí, pasan de largo y nunca podríamos verlos aunque
se encontraran muy próximos.
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.