Igual que los seres vivos (y que el propio Universo), las estrellas nacen, viven y después, inevitablemente, mueren. Y ahora, un equipo internacional de astrónomos acaba de ser testigo de un tipo de muerte estelar cuya existencia se suponía, pero que nadie había observado antes. Han visto cómo una estrella gigante, simplemente, se apagaba. Sin explosiones colosales. Sin el brillo cegador de una supernova. La estrella colapsó directamente para dar a luz a un agujero negro, dejando tras de sí apenas algo de polvo caliente. El hito, recién publicado en ' Science ', marca un antes y un después en la astrofísica. Bajo la dirección de Kishalay De, investigador del Instituto Flatiron de la Fundación Simons, los científicos han logrado, en efecto, el registro observacional más completo jamás obtenido de la transformación directa de una estrella en un agujero negro. «Esta estrella -explica De- solía ser una de las más luminosas de la galaxia de Andrómeda y, de repente, ya no estaba por ninguna parte. Imaginen si la estrella Betelgeuse (entre las más brillantes de nuestro cielo) desapareciera en un instante. ¡Todo el mundo perdería la cabeza! Pues el mismo tipo de cosa es lo que ha pasado con esta estrella en la galaxia de Andrómeda «. Catalogada como M31-2014-DS1, la estrella en cuestión se encuentra a unos 2,5 millones de años luz de la Tierra, en 'nuestra vecindad' galáctica. Y durante casi dos décadas tanto los telescopios terrestres como los espaciales han estado registrando su evolución. Las imágenes de archivo revelan que la 'pesadilla térmica' del astro comenzó a dar señales en 2014, cuando su luz infrarroja empezó a brillar con más intensidad, un aumento de aproximadamente el 50% a lo largo de dos años. Pero fue en 2016 cuando ocurrió lo impensable: la estrella se oscureció drásticamente. Para 2022 y 2023, las observaciones de seguimiento con el telescopio espacial Hubble y gigantes terrestres como el Observatorio Keck confirmaron lo increíble. La estrella se había desvanecido. Su luz óptica y en el infrarrojo cercano era diez mil veces (un factor de 104) más débil que antes. Hoy en día, M31-2014-DS1 es indetectable en el espectro visible; sólo un levísimo resplandor rojizo en el infrarrojo medio delata que algo espectacular ocurrió allí. Habitualmente, un agujero negro de masa estelar se forma como consecuencia del colapso catastrófico de una estrella muy masiva que, durante millones de años, ha vivido en un delicado y constante equilibrio de fuerzas. Por un lado, la inmensa fuerza de su propia gravedad empuja toda su masa hacia el centro, amenazando con aplastarla. Por otro, en su núcleo, la estrella posee un reactor termonuclear que fusiona hidrógeno para crear helio (y posteriormente elementos más pesados), liberando una energía colosal que empuja hacia afuera. Pero el 'combustible' (el hidrógeno) para quemar no es eterno, y cuando una estrella de al menos 10 veces la masa de nuestro Sol agota el suyo, el reactor se apaga y la gravedad, implacable, gana la partida de forma instantánea. El núcleo se derrumba sobre sí mismo en fracciones de segundo, formando un objeto ultradenso, normalmente una estrella de neutrones. Este colapso genera una onda de choque brutal, impulsada por partículas fantasmales llamadas neutrinos, que rebota hacia el exterior y desgarra las capas externas de la estrella. El resultado es una supernova, una explosión tan potente que puede eclipsar el brillo de toda una galaxia. Pero, ¿qué ocurre si la onda de choque falla? La teoría, propuesta hace ya décadas, sugería que si la explosión impulsada por los neutrinos no tuviera la fuerza suficiente para expulsar el material estelar, éste volvería a caer (lo que los científicos llaman 'fallback') sobre la estrella de neutrones recién nacida. El peso, entonces, sería tan insoportable que la materia se colapsaría hasta un punto de densidad infinita. Nace un agujero negro. La estrella se 'ha tragado' a sí misma en lo que se conoce como una 'supernova fallida'. «Sabemos desde hace casi 50 años que los agujeros negros existen -señala De-. Sin embargo, apenas estamos arañando la superficie para comprender qué estrellas se convierten en agujeros negros y cómo lo hacen». El análisis de la desaparición de M31-2014-DS1 trae consigo un rompecabezas. Si la estrella implosionó limpiamente, ¿por qué tardó varios años en desvanecerse del todo en lugar de desaparecer en un abrir y cerrar de ojos? La respuesta, según revela el nuevo estudio, reside en un fenómeno cotidiano que también experimentamos en la Tierra: la convección. En las estrellas supergigantes, existen diferencias de temperatura abismales entre una región y otra. El centro, por ejemplo, es un infierno abrasador, mientras que las capas externas son, comparativamente, mucho más frías. Esto crea corrientes de convección gigantescas, similares al agua hirviendo en una olla, donde el gas caliente sube y el frío baja. Pues bien, cuando el núcleo de M31-2014-DS1 colapsó, el gas de sus inmensas capas externas todavía se estaba moviendo rápidamente debido a esta convección. Andrea Antoni, coautora del estudio e investigadora en el Flatiron, desarrolló los modelos teóricos que explican lo sucedido. «La tasa de acreción -afirma-, es decir, la velocidad a la que el material cae, es mucho más lenta que si la estrella implosionara directamente hacia adentro». La materia, de hecho, no cae directamente en el agujero, sino que se precipita en espiral hacia él. Para ilustrar este concepto, los científicos proponen un ejemplo sencillo: imaginemos el agua vaciándose por el sumidero de una bañera. El agua no cae directamente y en línea recta, sino que comienza a girar, formando un remolino, debido a su momento angular. De la misma manera, el gas estelar que cae hacia el recién formado agujero negro comienza a orbitar e a su alrededor. «Este material convectivo -detalla Antoni. -tiene momento angular, por lo que gira alrededor del agujero negro. Sólo que, en lugar de tardar meses o un año en caer, está tardando décadas. Y debido a todo esto, se convierte en una fuente más brillante de lo que sería de otro modo, y observamos un largo retraso en el oscurecimiento de la estrella original». Los astrónomos calculan que la estrella original tenía unas 13 veces la masa del Sol y había perdido gran parte de su envoltura de hidrógeno antes de morir, quedando con unas 5 masas solares en el momento del colapso. Sorprendentemente, estiman que solo un 1% del gas original de su envoltura cae realmente dentro del agujero negro. El resto forma un disco polvoriento y oscuro a su alrededor. A medida que el material se aleja del centro caliente, se enfría, y los átomos se combinan para formar polvo cósmico a unas 110 Unidades Astronómicas de distancia (una UA es la distancia entre la Tierra y el Sol, 150 millones de km). Este polvo oculta el agujero negro pero se calienta a unos 870 Kelvin, produciendo ese débil brillo infrarrojo que ha permitido a los científicos certificar el fin del astro. Pero el valor de este estudio no radica solo en la observación de Andrómeda, sino en cómo resuelve casos del pasado. Y es que al comprender el mecanismo de M31-2014-DS1, el equipo de De decidió reevaluar un caso famoso y desconcertante de hace diez años: la estrella NGC 6946-BH1. En 2009, en la galaxia NGC 6946 (conocida como la Galaxia de los Fuegos Artificiales), se observó una supergigante que tuvo un leve destello óptico para luego desvanecerse durante miles de días. Hasta ahora, las piezas del rompecabezas de NGC 6946-BH1 no encajaban perfectamente en las teorías, pues era demasiado caliente para ser una supergigante roja tradicional. Pero al aplicar su nuevo modelo de estrellas empobrecidas en hidrógeno y el efecto de retraso por la convección, el equipo logró demostrar que NGC 6946-BH1 siguió exactamente el mismo patrón. Una estrella de unas 17,5 masas solares originales que perdió sus capas externas, sufrió una supernova fallida y formó un agujero negro masivo, eyectando apenas una ínfima fracción de masa (menos de 0,1 masas solares a velocidades de 60 km por segundo) que formó un velo de polvo a su alrededor. De modo que lo que antes era una simple anomalía estadística, ahora es un patrón confirmado. M31-2014-DS1 no es un bicho raro ('oddball', como lo llamó De inicialmente), sino el representante de una clase entera de objetos cósmicos. «Solo con el hallazgo de estas joyas individuales -reflexiona el investigador- hemos podido empezar a armar una imagen como esta». Con todo, el descubrimiento apenas es el prólogo de lo que promete ser un nuevo capítulo en la exploración espacial. «Esto es solo el principio de la historia -concluye Kishalay De-. La luz de esos escombros va a ser visible durante décadas en el nivel de sensibilidad de telescopios como el James Webb... Y esto puede terminar siendo un punto de referencia para entender cómo se forman los agujeros negros estelares en el Universo».
Aprovechando que este miércoles 11 de febrero se celebra el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia , queremos reivindicar a dos de las matemáticas más influyentes de las últimas décadas: Maryam Mirzakhani y Maryna Viazovska . Se trata de las primeras mujeres en recibir la Medalla Fields, considerada el 'Nobel de las matemáticas'. Maryam Mirzakhani nació en Teherán (Irán) en 1977. Fue aceptada en la Escuela Farnazegan, uno de los centros estatales iraníes pertenecientes a la Organización Nacional para el Desarrollo de Talentos Extraordinarios. En 1994 se convirtió en la primera mujer iraní en ganar una medalla de oro en la Olimpiada Internacional de Matemáticas, celebrada en Hong Kong. Al año siguiente volvió a participar en la Olimpiada, esta vez en Toronto, convirtiéndose en la primera persona de nacionalidad iraní en obtener una puntuación perfecta. Posteriormente obtuvo una beca para realizar el doctorado en la Universidad de Harvard (EE UU), donde trabajó bajo la dirección de Curtis T. McMullen, también medallista Fields. Poco tiempo después, en 2014, obtuvo su propia Medalla Fields por sus profundas contribuciones a la geometría y a la teoría de sistemas dinámicos. En particular, el jurado destacó sus trabajos sobre los llamados espacios de móduli —objetos matemáticos que agrupan a todas las superficies con un número fijo de agujeros, que podemos imaginar como rosquillas con varios agujeros— y sus estudios sobre trayectorias en mesas de billar generalizadas. En este último ámbito, sus trabajos junto con Alex Eskin supusieron una generalización espectacular de resultados previos, entre otros los debidos a Marina Ratner, una de las grandes figuras de la teoría de sistemas dinámicos del siglo XX. Maryam Mirzakhani falleció prematuramente en 2017, a los 40 años de edad. En el momento de su muerte era catedrática en la Universidad de Stanford, en Estados Unidos. Por su lado, Maryna Viazovska nació en Kiev (Ucrania) en 1984. Al igual que Mirzakhani, cursó sus estudios preuniversitarios en un instituto estatal para estudiantes con alto rendimiento académico. Estudió Matemáticas en la Universidad Nacional de Kiev y, durante esos años, escribió su primer artículo de investigación y obtuvo el primer puesto en la International Mathematics Competition for University Students en 2002 y 2005. Realizó su doctorado en la Universidad de Bonn (Alemania), bajo la supervisión de Don Zagier y Werner Müller. Las contribuciones más espectaculares de Viazovska están relacionadas con el problema del empaquetamiento de esferas , que pregunta cuál es la manera más eficiente de apilar esferas, es decir, ocupando el menor espacio posible. En dimensión tres, en nuestro mundo, esta disposición coincide con la forma habitual de apilar naranjas en una frutería. Este hecho fue conjeturado por Johannes Kepler en 1611 y demostrado en 1998 por Thomas Hales con una prueba asistida por ordenador que involucró miles de cálculos. En dimensiones superiores, el problema del empaquetamiento óptimo de esferas ha intrigado a la comunidad matemática durante décadas y permanece abierto en general. En 2016, Viazovska anunció la resolución completa del problema en dimensión ocho. Al año siguiente, junto con Henry Cohn, Abhinav Kumar, Stephen Miller y Danylo Radchenko, obtuvo la solución en dimensión veinticuatro. Por estos trabajos, Viazovska fue galardonada con la Medalla Fields en 2022, durante el Congreso Internacional de Matemáticos celebrado en línea desde San Petersburgo. Actualmente es catedrática en el Instituto de Matemáticas de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza). Maryam Mirzakhani y Maryna Viazovska son, hasta la fecha, las dos únicas mujeres galardonadas con la Medalla Fields, el reconocimiento más prestigioso en matemáticas para investigadores jóvenes. Karen Uhlenbeck, especialista en ecuaciones en derivadas parciales, recibió en 2019 el otro gran galardón de la disciplina –que se entrega en reconocimiento a toda la carrera–, el Premio Abel. Son las únicas mujeres que han recibido los máximos galardones internacionales en matemáticas, aunque confiamos en que sean solo las primeras de una lista mucho más larga. Quizá este mismo año se amplíe ese listado: durante el próximo Congreso Internacional de Matemáticas, que se celebrará este verano en Filadelfia (Estados Unidos), se anunciarán nuevas Medallas Fields. Las trayectorias de Mirzakhani, Viazovska y Uhlenbeck son extraordinarias y, por ello mismo, excepcionales. Sin embargo, la mayoría de las personas que nos dedicamos a las matemáticas desarrollamos carreras mucho más discretas: trabajamos en universidades y centros de investigación de todo el mundo, guiadas por la curiosidad y la pasión por la disciplina. Dar visibilidad también a estas trayectorias resulta fundamental, pues muchas vocaciones científicas no llegan siquiera a surgir cuando niñas y jóvenes no se ven reflejadas en quienes hacen ciencia. Contar con referentes cercanos, diversos y accesibles —personas corrientes dedicadas a las matemáticas— contribuye a romper estereotipos y a que más estudiantes puedan imaginarse recorriendo ese camino. Las matemáticas no son patrimonio de una minoría: cualquiera puede disfrutar de su belleza y de su impacto si encuentra el entorno adecuado. En esta dirección, existen en España iniciativas como el Pequeño Instituto de Matemáticas del ICMAT o el programa ESTALMAT, entre otras, que trabajan precisamente para ampliar ese acceso desde edades tempranas. Entre teoremas es una sección de matemáticas para todos los públicos impulsada por el Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC-UAM-UC3M-UCM).