Las estrellas frecuentemente se encuentran en sistemas múltiples, ligadas por su atracción gravitacional mutua, girando cada estrella en torno a las otras (el Sol en este sentido es más bien una excepción). Existen sistemas dobles, o binarios, donde las estrellas son en realidad solo las remanentes, estrellas de neutrones y/o agujeros negros, que quedan al término de la vida normal de la estrella (esta se denomina la secuencia principal, en la que ocurre la combustión de hidrógeno en helio, y que ocupa la mayor parte del tiempo de la vida de una estrella). Estos objetos son sumamente compactos (miden apenas unos 10 a 20 km. de diámetro) y tienen masas mayores a nuestro Sol. Una predicción de la teoría general de la relatividad es que los cuerpos en movimiento acelerado (como en un sistema binario), emiten ondas gravitacionales: perturbaciones en el espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz, transportando energía y momento angular.

El efecto de la emisión de estas ondas sobre el sistema es reducir la separación entre las dos estrellas. Así, en 350 millones de años, dos estrellas de 1.4 masas solares separadas por 700,000 kilómetros llegaran a hacer colisión (este tiempo es función de la masa de las estrellas y de su separación inicial). Dicha interacción es investigada por William Lee, del IAUNAM en Ciudad Universitaria, y algunos de sus resultados contenidos en la animación 1 muestran las últimas etapas de la vida de un sistema binario compuesto por un agujero negro de 3-5 masas solares y una estrella de neutrones de 1.4 masas solares. Al iniciar el cálculo, la separación es de apenas unos 45 km. Las poderosas fuerzas de marea, y los efectos de radiación gravitacional, hacen que la estrella de neutrones sea deformada y rápidamente destruida. Gran parte del gas que la conforma es absorbido por el agujero negro y el resto forma un disco de acreción que está en torno a él (una pequeña fracción es lanzada a grandes velocidades y produciendo un gran brazo en forma espiral). Se puede observar como la densidad del gas cae rápidamente al destruirse la estrella, de unos 10¹⁴ g/cc a 10¹¹ g/cc hacia el final.

La evolución es sumamente rápida, todo el evento dura solo 23 milésimas de segundo. Para estudiar la evolución del disco que queda, es necesario cubrir un período mas largo, del orden de un segundo. Estos sistemas son interesantes desde el punto de vista astrofísico por muchas razones. En primer lugar, la emisión de ondas gravitacionales durante las etapas mencionadas es sumamente intensa y como tal, estos sistemas son fuertes candidatos para la primera detección directa de ondas gravitacionales. Esto representaría una confirmación directa de una predicción de la teoría general de la relatividad de A. Einstein. Segundo, la colisión de dos estrellas de neutrones, o de una estrella de neutrones con un agujero negro representa en esencia un enorme acelerador de partículas, donde la fuente de la aceleración es la gravitación de las mismas estrellas. Como tal, puede permitir la determinación de características de la materia a densidades supra-nucleares, en condiciones imposibles de duplicar en un laboratorio. Finalmente, el disco de acreción que sobrevive a la fusión es absorbido por el agujero negro en una escala de tiempo un poco mas larga que la que se modela aquí (del orden de un segundo).

La energía liberada por esta acreción es enorme (unos 10⁵² ergs en un segundo, cuando la luminosidad del Sol es de 10³³ ergs por segundo), y podría producir un destello de rayos gama. Estas son gigantescas explosiones que ocurren constantemente por todo el Universo (observamos aproximadamente una por día), a grandes distancias de nosotros. Su origen ha sido objeto de estudio durante más de 30 años (fueron descubiertos en 1967) y hoy en día se considera que las fusiones de objetos compactos son un posible mecanismo para su producción.

Animación 1. (Haz click para abrir la animación en una ventana nueva. NOTA: archivo de 3.54MB, no se recomienda para conexiones de baja velocidad) Evolución de un sistema binario compuesto por una estrella de neutrones y un agujero negro.

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