M33X-7: Sistema binario agujero negro-estrella

 Estamos acostumbrados a los sistemas binarios estelares, incluso nuestro Sol puede tener una compañera, la estrella Nemesis, ideada por Richard Muller para explicar los ciclos de los impactos de asteroides sobre la Tierra. Pero quizá no estamos tan acostumbrados a que el sistema binario sea entre una estrella y un agujero negro. Pues este es el caso del sistema binario M33X-7. Referencias: agujero negro, estrella Wolf Rayet, rayos X, fuerza gravedad, reacciones termonucleares.

Credit: Matthew McCrory, Francesca Valsecchi, and Vicky Kalogera

El sistema binario conocido como M33X-7 fue descubierto en 2007. Situado en la galaxia M33 (NGC 598), se encuentra a una distancia de 3 millones de años luz y se acerca a nuestra Galaxia a una velocidad de 24 km/s. Es el objeto más lejano que puede observarse a simple vista.

Este sistema binario consiste en una estrella azul de 70 masas solares y un agujero negro de 16 masas solares y es además una potente fuente de rayos X.  La cuestión que se plantean los astrofísicos, entre otras cosas, es ¿cómo llegó a formarse?.

Pues bien, la evolución del sistema es más o menos la siguiente. Todo empieza con dos estrellas. La estrella principal (estrella 1) con una masa aproximadamente de 97 Ms (Masa Solar), que formara el agujero negro y la estrella secundaria (estrella 2) con 32 Ms, que formara la estrella azul.

Durante el primer par de millón de años la evolución del sistema se caracteriza por la pérdida de masa debida al viento estelar. El resultado es una disminución de la fuerza de la gravedad y un alejamiento entre las dos estrellas.

Hay que tener en cuenta que la vida de una estrella se caracteriza por el equilibrio entre dos fuerzas. La fuerza de la gravedad que tiende a encogerla y la fuerza de radiación que tiende a expandirla. La fuerza de la gravedad depende directamente de la masa de la estrella y la fuerza de radiación depende de las reacciones termonucleares del núcleo estelar. Estas reacciones son el resultado de la fusión del hidrogeno para producir helio.  

La estrella más masiva (estrella 1), tiene más combustible nuclear y por tanto produce más energía. La fuerza de radiación gana a la gravitatoria y la estrella aumenta de tamaño al mismo tiempo que pierde masa. De hihihioesta manera su densidad disminuye.

Como pueden imaginar, la masa que pierde la estrella masiva (estrella 1) se distribuye por todo el espacio a su alrededor. Pero cerca se encuentra la estrella secundaria (estrella 2) que engulle parte de la masa perdida por su compañera.

Así pues, mientras la estrella más grande pierde masa, la más pequeña aumenta su masa. Esta transferencia de masa tiene consecuencias en el movimiento orbital del sistema, el periodo orbital disminuye. Y cuando la estrella secundaria ha tragado tanta masa coma para convertirse en la más masiva de las dos, la órbita empieza a expandirse.

Llega un momento que la estrella primaria (estrella 1) ha perdido todo el hidrogeno de su superficie y se convierte en una estrella Wolf-Rayet.

En esta situación, la estrella secundaria (estrella2) que inicialmente tenía una masa de 32Ms se convierte en una estrella masiva de 69 Ms y la primaria (estrella1) que inicialmente tenía una masa de 97Ms pasa a convertirse en una estrella Wolf Rayet con 51Ms.

Las estrellas Wolf Rayet se caracterizan por perder masa muy rápidamente, mediante un fuerte viento estelar con velocidades de 2000 km/s y tener una temperatura superficial muy alta, entre 25.000 y 50.000K. De esta manera la estrella1 llega a comprimirse hasta una masa de 16Ms, formando una estrella con un núcleo de hierro-níquel. Su densidad ha aumentado tanto que la fuerza de la gravedad se ha convertido en la fuerza dominante. La estrella1 no puede soportar su propio peso y se convierte en un agujero negro. Vea “Breve historia de los agujeros negros” en este mismo blog.

Seguidamente el sistema evoluciona por la pérdida de masa de la estrella2 por su viento estelar, causando un aumento de la distancia orbital entre el agujero negro y la estrella. Parte del viento estelar de la estrella que pasa cerca del agujero negro se acelera fuertemente y se convierte en una potente fuente de rayos X. Vea “Energía de los agujeros negros” en este mismo blog.

Actualmente M33X-7 es la fuente de rayos X más potente procedente de un sistema binario agujero negro-estrella.  

 Es importante porque los agujeros negros en solitario son muy difíciles de observar, pero los sistemas binarios como M33X-7 nos proporcionan una gran información sobre ellos mediante la radiación de rayos X que nos llega a la Tierra. Es decir, los sistemas binarios agujero negro-estrella los  hace visibles (indirectamente) a nosotros. Son como un laboratorio experimental para el estudio de objetos masivos como los agujeros negros.