Como se forman los agujeros negros

Supernova

Agujero negro de PerseoUna vista de la región central del cúmulo de galaxias de Perseo, uno de los objetos más masivos del universo, muestra los efectos que puede tener un agujero negro relativamente pequeño pero supermasivo a millones de kilómetros de su núcleo. Los astrónomos que estudian esta foto, tomada por el Observatorio de Rayos X Chandra, determinaron que las ondas sonoras emitidas por la ventilación explosiva alrededor del agujero negro están calentando la zona circundante e inhibiendo el crecimiento estelar a unos 300.000 años luz de distancia. “En términos relativos, es como si una fuente de calor del tamaño de una uña afectara al comportamiento de una región del tamaño de la Tierra”, dijo Andrew Fabian, de la Universidad de Cambridge.

Sagitario a*

La estructura básica de un agujero negro consiste en una singularidad oculta por un horizonte de sucesos. Dentro del horizonte de sucesos, la velocidad de escape ( vesc ) supera la velocidad de la luz ( c ) y un objeto queda atrapado para siempre. Fuera del horizonte de sucesos, vesc < c y el objeto puede escapar.

La existencia de estos objetos se sugirió por primera vez a finales del siglo XVIII. Sin embargo, fue Karl Schwarzschild (1873-1916), un astrónomo alemán, quien básicamente desarrolló la idea moderna de un agujero negro. Utilizando la teoría de la relatividad general de Einstein, Schwarzschild descubrió que la materia comprimida hasta un punto (lo que ahora se conoce como singularidad) quedaría encerrada en una región esférica del espacio de la que nada podría escapar. El límite de esta región se denomina horizonte de sucesos, nombre que significa que es imposible observar cualquier suceso que tenga lugar en su interior (ya que la información no puede salir).

Para un agujero negro no giratorio, el radio del horizonte de sucesos se conoce como radio de Schwarzschild, y marca el punto en el que la velocidad de escape del agujero negro es igual a la velocidad de la luz. En teoría, cualquier masa puede comprimirse lo suficiente como para formar un agujero negro. El único requisito es que su tamaño físico sea inferior al radio de Schwarzschild. Por ejemplo, nuestro Sol se convertiría en un agujero negro si su masa estuviera contenida en una esfera de unos 2,5 km de diámetro.

El agujero negro más cercano a la tierra

A principios de la década de 1990, una cosa era bastante segura sobre la expansión del universo. Podía tener suficiente densidad de energía para detener su expansión y volver a colapsar, podía tener tan poca densidad de energía que nunca dejaría de expandirse, pero era seguro que la gravedad ralentizaría la expansión con el paso del tiempo. Es cierto que la ralentización no se había observado, pero, en teoría, el universo tenía que ralentizarse. El universo está lleno de materia y la fuerza de atracción de la gravedad atrae a toda la materia. Entonces llegó 1998 y las observaciones del telescopio espacial Hubble (HST) de supernovas muy lejanas que demostraron que, hace mucho tiempo, el universo se expandía realmente más despacio que hoy. Así que la expansión del universo no se ha ralentizado debido a la gravedad, como todo el mundo pensaba, sino que se ha acelerado. Nadie esperaba esto, nadie sabía cómo explicarlo. Pero algo lo estaba causando.

Al final, los teóricos propusieron tres tipos de explicaciones. Tal vez era el resultado de una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, descartada hace tiempo, que contenía lo que se llamaba una “constante cosmológica”. Tal vez había algún tipo extraño de energía-fluido que llenaba el espacio. Tal vez haya algo que no funciona en la teoría de la gravedad de Einstein y una nueva teoría podría incluir algún tipo de campo que crea esta aceleración cósmica. Los teóricos aún no saben cuál es la explicación correcta, pero han dado un nombre a la solución. Se llama energía oscura.

Púlsar

AGUJEROS NEGROSEste concepto artístico muestra un agujero negro rodeado por una vorágine de escombros que lo rodean, así como un potente chorro de plasma caliente que sale disparado hacia el espacio.NASA/JPL-CaltechLos agujeros negros más conocidos se crean cuando una estrella masiva llega al final de su vida e implosiona, colapsando sobre sí misma.

Un agujero negro no ocupa nada de espacio, pero sí tiene masa: originalmente, la mayor parte de la masa que solía ser una estrella. Y los agujeros negros se hacen “más grandes” (técnicamente, más masivos) a medida que consumen la materia que tienen cerca. Cuanto más grandes son, mayor es la zona de “no retorno” que tienen, en la que todo lo que entra en su territorio se pierde irremediablemente en el agujero negro. Este punto de no retorno se llama horizonte de sucesos.

Con el tiempo, al crecer y consumir material -planetas, estrellas, naves espaciales errantes, otros agujeros negros- los astrónomos creen que evolucionan hasta convertirse en los agujeros negros supermasivos que detectan en los centros de la mayoría de las galaxias importantes.

En primer lugar, los agujeros negros que comenzaron como estrellas muertas tardarían más tiempo que la edad actual del universo en crecer hasta convertirse en agujeros negros del tamaño del centro de la galaxia. Por ello, los astrónomos también piensan que el universo podría haber iniciado el proceso creando agujeros negros primordiales gigantes en el momento justo después del Big Bang, aunque esto es tan extraño y problemático como se podría pensar.