Los agujeros negros de masa estelar se forman como la etapa final en la vida de una estrella: después del agotamiento completo del combustible termonuclear y la terminación de la reacción, la estrella teóricamente debería comenzar a enfriarse, lo que conducirá a una disminución en la presión interna y compresión de la estrella bajo la influencia de la gravedad. La compresión puede detenerse en una determinada etapa o puede convertirse en un rápido colapso gravitacional .
Dependiendo de la masa y el par de la estrella, son posibles los siguientes estados finales :
A medida que aumenta la masa del remanente de la estrella, la configuración de equilibrio desciende en la secuencia descrita. El momento de rotación aumenta las masas límite en cada etapa, pero no cualitativamente, sino cuantitativamente (en un máximo de 2-3 veces).
Las condiciones (principalmente de masa) bajo las cuales el estado final de evolución estelar es un agujero negro no han sido suficientemente estudiadas, ya que para ello es necesario conocer el comportamiento y estados de la materia a densidades altísimas que son inaccesibles al estudio experimental. Se presentan dificultades adicionales al modelar estrellas en las últimas etapas de su evolución debido a la complejidad de la composición química resultante y una fuerte disminución en el tiempo característico de los procesos. Baste mencionar que una de las mayores catástrofes cósmicas, las explosiones de supernova , ocurren precisamente en estas etapas de la evolución estelar . Varios modelos dan una estimación más baja de la masa de un agujero negro resultante del colapso gravitatorio, de 2,5 a 5,6 masas solares. El radio de un agujero negro es muy pequeño, unas pocas decenas de kilómetros.
Posteriormente, el agujero negro puede crecer debido a la absorción de materia; por regla general, este es el gas de una estrella vecina en los sistemas estelares binarios (la colisión de un agujero negro con cualquier otro objeto astronómico es muy poco probable debido a su pequeño diámetro). ). El proceso de caída de gas sobre cualquier objeto astrofísico compacto, incluido un agujero negro, se denomina acreción . Al mismo tiempo, debido a la rotación del gas, se forma un disco de acreción , en el que la materia se acelera a velocidades relativistas, se calienta y, como resultado, irradia fuertemente, incluso en el rango de rayos X , lo que lo hace En principio, es posible detectar tales discos de acreción (y, por lo tanto, agujeros negros) utilizando telescopios ultravioleta y de rayos X. El principal problema es el pequeño tamaño y la dificultad de detectar las diferencias entre los discos de acreción de las estrellas de neutrones y los agujeros negros, lo que genera incertidumbre en la identificación de objetos astronómicos con agujeros negros. La principal diferencia es que el gas que cae sobre todos los objetos, tarde o temprano, encuentra una superficie sólida, lo que conduce a una intensa radiación durante la desaceleración, pero una nube de gas que cae sobre un agujero negro, debido a la dilatación del tiempo gravitacional (desplazamiento al rojo) infinitamente creciente, simplemente se desvanece rápidamente a medida que se acerca al horizonte de sucesos, que fue observado por el telescopio Hubble en el caso de la fuente Cygnus X-1 [1] .
La colisión de agujeros negros con otras estrellas, así como la colisión de estrellas de neutrones, provocando la formación de un agujero negro, da lugar a la radiación gravitatoria más potente , que, como era de esperar, podrá detectarse en los próximos años con la ayuda de telescopios gravitacionales . Actualmente, hay informes de colisiones en el rango de rayos X [2] . El 25 de agosto de 2011 apareció un mensaje que por primera vez en la historia de la ciencia, un grupo de especialistas japoneses y estadounidenses en marzo de 2011 pudo fijar el momento de la muerte de una estrella que es absorbida por un agujero negro [ 3] [4] .
El 11 de febrero de 2016, las colaboraciones LIGO y Virgo anunciaron la primera observación directa de ondas gravitacionales, que fue posible gracias al descubrimiento del agujero negro de mayor masa estelar jamás observado [5] .
La estrella 2MASS J05215658+4359220 (gigante roja) tiene un compañero invisible con una masa de 3,3 +2,8/-0,7 masas solares (error de 2,6 a 6,1 masas solares), que es posiblemente el agujero negro de menor masa conocido [6] . El objeto "The Unicorn" (El Unicornio), ubicado en la constelación del Unicornio a una distancia de 1500 sv. años (460 pc) del Sol, es compañera de la estrella gigante roja V723 Monoceros y tiene una masa inferior a 5 masas solares [7] [8] .
Un agujero negro de masa estelar cerca de la estrella LB-1 en la constelación de Géminis tiene una masa de casi 70 masas solares , más del doble de la masa máxima prevista para los agujeros negros de masa estelar según los modelos existentes de evolución estelar [9] .
En 2011, dos equipos de astrónomos descubrieron que una de las estrellas de repente se volvió más brillante sin motivo alguno. Después de analizar los datos, encontraron que la posición de la estrella ha cambiado. Los cálculos indicaron que el objeto de atracción invisible, designado MOA-11-191 / OGLE-11-0462, solo podría ser un agujero negro que se mueve libremente en el espacio. El análisis y el modelado posteriores confirmaron la existencia de un agujero negro rebelde con una masa de siete masas solares, que se mueve a una velocidad de aproximadamente 45 km/seg. Se publicó un artículo sobre esto en 2022 [10] [11] [12] .