Agujeros negros dentro de estrellas gigantes: fusión en una hora ✛
En el centro de una galaxia, donde un agujero negro supermasivo hace girar a su alrededor un disco de gas incandescente, a veces nacen estrellas gigantes. No se parecen a las normales: el disco las alimenta continuamente con materia, y la estrella puede crecer hasta cientos de masas solares, permaneciendo brillante mientras el flujo de gas no se agote. Tal estrella es como una esponja que absorbe agua: vive mientras la llenen. Si un agujero negro de masa estelar cae en esta esponja, comienza algo inusual.
El agujero negro, una vez dentro de la estrella, no cae directamente al centro. El gas que lo rodea frena su movimiento, igual que la miel viscosa frena una bolita de plomo que cae. Esta fricción del gas hace que el agujero negro describa una espiral, acercándose gradualmente al núcleo de la estrella. El camino desde la superficie hasta el centro toma alrededor de una décima de año, un instante en escalas cósmicas. Si un segundo agujero negro cae en la estrella, se encuentran en el núcleo y forman un par cercano.
El par de agujeros negros dentro de la estrella se comporta como dos gotas de mercurio arrojadas en aceite. El gas que los rodea no solo los frena, sino que extrae energía del movimiento orbital, haciendo que los agujeros negros se acerquen. El tiempo de fusión se reduce de millones de años a una hora. Las ondas gravitacionales de tal fusión serían visibles para los detectores LIGO–Virgo–KAGRA, pero la señal tiene una peculiaridad: en las frecuencias que escucha LISA está suprimida, y en el rango de decahercios está desplazada en fase. El futuro detector DECIGO podrá distinguir esta firma.
Cada estrella gigante experimenta solo una o dos de estas fusiones. Después, el gas en su interior se calienta o la estrella se destruye, por lo que el crecimiento jerárquico de los agujeros negros hasta masas intermedias está limitado. Esto explica por qué en la población de fusiones registradas por LIGO–Virgo–KAGRA se observa un exceso de eventos con espín efectivo positivo: los agujeros negros que se fusionan dentro de una estrella heredan su rotación.
Volvamos a la esponja que absorbe gas. La estrella gigante en el disco de un núcleo activo no es solo un reservorio pasivo. Se convierte en un acelerador natural de fusiones, donde el gas actúa como una mano invisible que acerca los agujeros negros en horas. Este mecanismo quizás ya ha dejado su huella en los datos de los observatorios de ondas gravitacionales, pero para verlo se necesitan detectores de nueva generación sensibles a frecuencias de decahercios. Entonces podremos mirar dentro de estos capullos estelares y ver cómo nacen los pares de agujeros negros.
Una estrella inmortal con un radio de 12,5 radios solares contiene gas con una densidad en el núcleo de 16 g/cm^3, como 16 cubos de azúcar en el volumen de un centímetro cúbico. Un agujero negro que cae en ese núcleo recorre el camino desde la superficie hasta el centro en un tiempo comparable a una órbita de la Tierra alrededor del Sol, pero realizando cientos de vueltas.
En la novela «Hyperion» de Dan Simmons, el TecnoCentro utiliza agujeros negros para manipular el espacio-tiempo. Aquí, los agujeros negros dentro de estrellas actúan como aceleradores naturales de fusiones, pero la idea de objetos compactos ocultos en un medio denso que influyen en el destino del sistema resuena con esa visión.