Evolución del parámetro de spin de agujeros negros en sistemas binarios interactuantes de baja masa

Abstract

El parámetro adimensional de spin constituye, junto con la masa, una de las cantidades fundamentales que caracterizan a un agujero negro astrofísico. En el marco de la relatividad general, el spin describe el momento angular del objeto compacto y determina propiedades físicas observables como la estructura del espacio-tiempo en las cercanías del horizonte y la posición del radio de la órbita circular estable más interna. En sistemas binarios interactuantes con agujero negro, este parámetro puede estimarse principalmente mediante dos técnicas de modelado del espectro en rayos X: el modelado del continuo y la reflexión relativista. Por otro lado, el valor de este parámetro puede aumentar cuando el objeto compacto acreta material de su estrella compañera. El origen del parámetro de spin en sistemas binarios de rayos X de baja masa (LMXBs) constituye, sin embargo, un problema abierto. En particular, no está establecido si los valores actualmente medidos pueden explicarse exclusivamente mediante acreción durante la fase de transferencia de masa o si requieren un aporte significativo heredado del proceso de formación del agujero negro. En esta tesis se estudió la evolución del spin en LMXBs con agujero negro mediante modelado evolutivo detallado de sistemas binarios interactuantes. Se empleó un código de evolución estelar que resuelve de manera autoconsistente la estructura de la estrella donante, la evolución orbital y los procesos de transferencia de masa, considerando escenarios conservativos y no conservativos. Para confrontar los modelos con observaciones se implementó un criterio estadístico basado en un test de chi cuadrado, que permitió identificar de manera sistemática aquellos caminos evolutivos compatibles con las masas observadas, el período orbital, la temperatura efectiva y la luminosidad de la donante. Se analizaron en detalle los sistemas V404 Cyg y XTE J1550-564. En el primer caso, se encontró que una metalicidad aumentada resulta necesaria para reproducir simultáneamente las propiedades observadas. No obstante, incluso en los escenarios más favorables, la masa total transferida durante la evolución como LMXB no permite explicar el valor observado del parámetro de spin bajo la hipótesis de un agujero negro inicialmente no rotante. Para XTE J1550-564, cuyo \textit{spin} ha sido determinado de manera consistente mediante ambas técnicas observacionales principales, tampoco se logra alcanzar el valor medido bajo prescripciones estándar de frenado magnético. Se exploraron prescripciones alternativas más eficientes, pero sólo en escenarios límite estrictamente conservativos se obtienen valores marginalmente compatibles. El análisis extendido a la población de LMXBs con agujero negro muestra que, en general, la masa transferida desde donantes de baja masa es insuficiente para generar valores elevados de spin partiendo de un agujero negro inicialmente no rotante. Al relajar esta hipótesis y estimar el spin inicial requerido en cada sistema, se encuentra que varios casos demandan valores no despreciables al momento de la formación del agujero negro. En conjunto, los resultados indican que la acreción durante la fase de LMXB no constituye, en general, el mecanismo dominante en la determinación del spin final. El parámetro de spin observado podría conservar información relevante sobre las condiciones físicas del colapso gravitatorio que dio origen al agujero negro, estableciendo un vínculo directo entre la evolución binaria y la física de formación de objetos compactos.