¿Qué son los agujeros negros?

Los agujeros negros son algunos de los objetos más extraños y fascinantes del espacio exterior. Son extremadamente densos, con una atracción gravitacional tan fuerte que incluso la luz no puede escapar de su alcance si se acerca lo suficiente.

Albert Einstein predijo por primera vez la existencia de agujeros negros en 1916, con su teoría general de la relatividad. El término «agujero negro» fue acuñado muchos años después en 1967 por el astrónomo estadounidense John Wheeler.  Después de décadas de que los agujeros negros se conocieran solo como objetos teóricos, el primer agujero negro físico que se descubrió fue descubierto en 1971.

Luego, en 2019, la colaboración Event Horizon Telescope (EHT) lanzó la primera imagen registrada de un agujero negro. El EHT vio el agujero negro en el centro de la galaxia M87 mientras el telescopio examinaba el horizonte de sucesos, o el área más allá de la cual nada puede escapar de un agujero negro. La imagen mapea la pérdida repentina de fotones (partículas de luz). También abre una nueva área de investigación en agujeros negros, ahora que los astrónomos saben cómo es un agujero negro.

Hasta ahora, los astrónomos han identificado tres tipos de agujeros negros:

• agujeros negros estelares,
• agujeros negros supermasivos y
• agujeros negros intermedios.

Agujeros negros estelares: pequeños pero mortales

Cuando una estrella quema el último combustible, el objeto puede colapsar o caer sobre sí mismo. Para las estrellas más pequeñas (aquellas hasta aproximadamente tres veces la masa del sol), el nuevo núcleo se convertirá en una estrella de neutrones o una enana blanca. Pero cuando una estrella más grande colapsa, continúa comprimiéndose y crea un agujero negro estelar .

Los agujeros negros formados por el colapso de estrellas individuales son relativamente pequeños, pero increíblemente densos. Uno de estos objetos contiene más de tres veces la masa del sol en el diámetro de una ciudad. Esto lleva a una gran cantidad de fuerza gravitacional que tira de los objetos alrededor del objeto. Los agujeros negros estelares luego consumen el polvo y el gas de las galaxias circundantes, lo que los mantiene creciendo en tamaño.

Según el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica , «la Vía Láctea contiene unos cientos de millones de» agujeros negros estelares.

Agujeros negros supermasivos: el nacimiento de gigantes

Pequeños agujeros negros pueblan el universo, pero sus primos, los agujeros negros supermasivos, dominan. Estos enormes agujeros negros son millones o incluso miles de millones de veces más grandes que el sol, pero tienen aproximadamente el mismo tamaño de diámetro. Se cree que estos agujeros negros se encuentran en el centro de casi todas las galaxias, incluida la Vía Láctea.

Los científicos no están seguros de cómo se generan agujeros negros tan grandes. Una vez que estos gigantes se han formado, acumulan masa del polvo y gas a su alrededor, material que abunda en el centro de las galaxias, lo que les permite crecer hasta tamaños aún más enormes.

Los agujeros negros supermasivos pueden ser el resultado de cientos o miles de pequeños agujeros negros que se fusionan. Las grandes nubes de gas también podrían ser responsables, colapsándose juntas y acumulando masa rápidamente. Una tercera opción es el colapso de un cúmulo estelar, un grupo de estrellas que caen todas juntas. Cuarto, los agujeros negros supermasivos podrían surgir de grandes grupos de materia oscura . Esta es una sustancia que podemos observar a través de su efecto gravitacional en otros objetos; sin embargo, no sabemos de qué está compuesta la materia oscura porque no emite luz y no se puede observar directamente.

Agujeros negros intermedios – atrapados en el medio

Los científicos alguna vez pensaron que los agujeros negros venían solo en tamaños pequeños y grandes, pero investigaciones recientes han revelado la posibilidad de que existan agujeros negros medianos o intermedios (IMBH). Tales cuerpos podrían formarse cuando las estrellas en un cúmulo chocan en una reacción en cadena. Varios de estos IMBH que se forman en la misma región podrían eventualmente caer juntos en el centro de una galaxia y crear un agujero negro supermasivo.

En 2014, los astrónomos encontraron lo que parecía ser un agujero negro de masa intermedia en el brazo de una galaxia espiral.

«Los astrónomos han estado buscando mucho estos agujeros negros de tamaño mediano», dijo en un comunicado el coautor del estudio, Tim Roberts, de la Universidad de Durham en el Reino Unido. «Ha habido indicios de que existen, pero los IMBH han estado actuando como un pariente perdido hace mucho tiempo que no está interesado en ser encontrado».

Una investigación más reciente, de 2018, sugirió que estos IMBH pueden existir en el corazón de las galaxias enanas (o galaxias muy pequeñas). Las observaciones de 10 de estas galaxias (cinco de las cuales eran previamente desconocidas por la ciencia antes de esta última encuesta) revelaron actividad de rayos X, común en los agujeros negros, lo que sugiere la presencia de agujeros negros de 36,000 a 316,000 masas solares. La información provino del Sloan Digital Sky Survey , que examina aproximadamente 1 millón de galaxias y puede detectar el tipo de luz que a menudo se observa proveniente de los agujeros negros que recogen los desechos cercanos.

¿Cómo son los agujeros negros?

Los agujeros negros tienen tres «capas»: el horizonte de eventos externo e interno, y la singularidad.

El horizonte de eventos de un agujero negro es el límite alrededor de la boca del agujero negro, más allá del cual la luz no puede escapar. Una vez que una partícula cruza el horizonte de eventos, no puede salir. La gravedad es constante a través del horizonte de eventos.

La región interna de un agujero negro, donde se encuentra la masa del objeto, se conoce como su singularidad , el único punto en el espacio-tiempo donde se concentra la masa del agujero negro.

Los científicos no pueden ver los agujeros negros de la misma manera que pueden ver las estrellas y otros objetos en el espacio. En cambio, los astrónomos deben confiar en detectar la radiación que emiten los agujeros negros a medida que el polvo y el gas son atraídos hacia las densas criaturas. Pero los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de una galaxia, pueden verse envueltos por el grueso polvo y el gas que los rodea, lo que puede bloquear las emisiones reveladoras.

A veces, cuando la materia se arrastra hacia un agujero negro, rebota en el horizonte de eventos y se arroja hacia afuera, en lugar de ser arrastrada hacia las fauces. Se crean chorros brillantes de material que viajan a velocidades casi relativistas. Aunque el agujero negro no se ve, estos poderosos chorros se pueden ver desde grandes distancias.

La imagen del Telescopio Event Horizon de un agujero negro en M87 (lanzado en 2019) fue un esfuerzo extraordinario, que requirió dos años de investigación incluso después de que se tomaron las imágenes. Esto se debe a que la colaboración de telescopios, que se extiende a través de muchos observatorios en todo el mundo, produce una cantidad asombrosa de datos que es demasiado grande para transferir por internet.

Con el tiempo, los investigadores esperan obtener imágenes de otros agujeros negros y construir un repositorio de cómo se ven los objetos. El próximo objetivo es probablemente Sagitario A *, que es el agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Sagitario A * es intrigante porque es más silencioso de lo esperado, lo que puede deberse a que los campos magnéticos sofocan su actividad , informó un estudio de 2019. Otro estudio de ese año mostró que un halo de gas frío rodea a Sagitario A * , lo que brinda una visión sin precedentes de cómo se ve el entorno alrededor de un agujero negro.

El Gran Misterio de los «Agujeros Negros» – vídeo

Luz brillante sobre agujeros negros binarios

En 2015, los astrónomos que utilizaron el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) detectaron ondas gravitacionales al fusionar agujeros negros estelares.

«Tenemos más confirmación de la existencia de agujeros negros de masa estelar que son más grandes que 20 masas solares; estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectara», David Shoemaker, portavoz de la Colaboración Científica LIGO (LSC) , dijo en un comunicado . Las observaciones de LIGO también proporcionan información sobre la dirección en que gira un agujero negro. Cuando dos agujeros negros giran en espiral uno alrededor del otro, pueden girar en la misma dirección o en la dirección opuesta.

Hay dos teorías sobre cómo se forman los agujeros negros binarios. El primero sugiere que los dos agujeros negros en forma binaria aproximadamente al mismo tiempo, de dos estrellas que nacieron juntas y murieron explosivamente aproximadamente al mismo tiempo. Las estrellas compañeras habrían tenido la misma orientación de giro entre sí, por lo que los dos agujeros negros que quedaron también lo harían.

Bajo el segundo modelo, los agujeros negros en un grupo estelar se hunden en el centro del grupo y se emparejan. Estos compañeros tendrían orientaciones de giro aleatorias en comparación entre sí. Las observaciones de LIGO de los agujeros negros acompañantes con diferentes orientaciones de giro proporcionan una evidencia más sólida de esta teoría de la formación.

«Estamos comenzando a recopilar estadísticas reales sobre los sistemas binarios de agujeros negros», dijo el científico de LIGO Keita Kawabe de Caltech, que se encuentra en el Observatorio LIGO Hanford. «Eso es interesante porque algunos modelos de formación binaria de agujeros negros están algo favorecidos sobre los demás, incluso ahora, y en el futuro, podemos reducir aún más esto».

Datos extraños sobre los agujeros negros

Si caes en un agujero negro, la teoría ha sugerido durante mucho tiempo que la gravedad te estiraría como un espagueti, aunque tu muerte vendría antes de llegar a la singularidad. Pero un estudio de 2012 publicado en la revista Nature sugirió que los efectos cuánticos harían que el horizonte de sucesos actuara de manera muy parecida a un muro de fuego, lo que te haría morir instantáneamente.
Los agujeros negros no apestan. La succión es causada por tirar algo al vacío, lo que definitivamente no es el agujero negro masivo. En cambio, los objetos caen en ellos al igual que caen hacia cualquier cosa que ejerza gravedad, como la Tierra.
El primer objeto considerado como un agujero negro es Cygnus X-1 . Cygnus X-1 fue objeto de una apuesta amistosa de 1974 entre Stephen Hawking y su compañero físico Kip Thorne , con Hawking apostando a que la fuente no era un agujero negro. En 1990, Hawking reconoció la derrota.
Es posible que se hayan formado agujeros negros en miniatura inmediatamente después del Big Bang. El espacio en rápida expansión puede haber comprimido algunas regiones en pequeños y densos agujeros negros menos masivos que el sol.
Si una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro, la estrella puede romperse .
Los astrónomos estiman que la Vía Láctea tiene entre 10 millones y mil millones de agujeros negros estelares, con masas aproximadamente tres veces mayores que las del sol.
Los agujeros negros siguen siendo un excelente alimento para libros y películas de ciencia ficción. Echa un vistazo a la película » Interestelar » , que se basó en gran medida en Thorne para incorporar la ciencia. El trabajo de Thorne con el equipo de efectos especiales de la película condujo a una mejor comprensión de los científicos sobre cómo podrían aparecer las estrellas distantes cuando se ven cerca de un agujero negro que gira rápidamente.