El cosmos es una plétora de objetos a cuál más bello e inescrutable. De entre todos, destacan, por derecho propio, los agujeros negros: anómalos, fascinantes y terroríficos -ya aclararemos el porqué más adelante--. Caracterizados por su cualidad masiva y extrema densidad, generan una atracción gravitatoria tan fuerte que incluso la luz no puede escapar de su alcance si cae dentro de su radio de influencia (si rebasa el «horizonte de sucesos»[1]).
Anunciados por Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad [2] hecha pública en 1916, no fue hasta 1967 cuando el astrónomo estadounidense John Wheeler utilizó por primera vez el término «agujero negro». Cuatro años más tardes, en 1971, se descubrió el primero.
Existen tres tipos de agujeros negros:
- Estelares
- Supermasivos
- Intermedios.
1.- Agujeros negros estelares: pequeños pero mortíferos
Cuando una estrella muere [3] -entendiendo por «muerte» la extinción total de su energía, es decir, cuando se agota el hidrógeno que mantiene vivo un terrorífico proceso de fusión nuclear cuya potencia no podemos siquiera imaginar—, cabe la posibilidad de que se desmorone o caiga sobre si misma. En el argot científico, se dice que la estrella «ha colapsado». En las más pequeñas, aquellas cuyo tamaño es hasta aproximadamente igual a entre tres y cinceo veces la masa del sol, el nuevo núcleo será una estrella de neutrones o una enana blanca. En las más grandes, continúa comprimiéndose y crea un agujero negro estelar.
Los agujeros negros formados por el colapso de estrellas individuales son relativamente pequeños pero increíblemente densos: contienen tres veces o más la masa del sol en un rango dimensional reducido equivalente, para ponernos en situación, al volumen ocupado por una ciudad. Eso implica un gran cantidad de fuerza gravitacional (campo gravitacional) tirando hacia si de los objetos a su alrededor. Los agujeros negros consumen el polvo y el gas de la galaxia que los rodea, creciendo en tamaño a medida que transcurre el tiempo.
Según el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, nuestra Vía Láctea contiene unos pocos cientos de millones de agujeros negros estelares. En comparación, los astrónomos estiman que el total de estrellas de la vía Láctea oscila entre 200 a 400 mil millones, por lo que, proporcionalmente, el número de agujeros negros estelares existentes en nuestra vecindad es casi irrelevante.
2.- Agujeros negros supermasivos: el nacimiento de los gigantes
Los pequeños agujeros negros pueblan el universo, pero sus primos, los agujeros negros supermasivos, dominan el universo. Los agujeros negros supermasivos son millones e incluso miles de millones de veces tan masivos como el sol, pero tienen un radio similar al de la estrella que nos alumbra. Se cree que tales agujeros negros se encuentran en el centro de casi todas las galaxias, incluyendo la Vía Láctea.
Ilustración de un agujero negro joven. Crédito: NASA
Los científicos no están seguros de cómo nacen agujeros negros tan grandes. Una vez formados, al igual que los agujeros negros estelares, acrecientan su masa captando el polvo y gas que los rodea, ambos materiales muy abundantes en el centro de las galaxias, lo que les permite crecer hasta alcanzar tamaños enormes.
3.- Agujeros negros intermedios: en busca y captura
Los agujeros negros intermedios son, en este momento, una hipótesis: no se ha descubierto, hasta la fecha, ninguno que coincida con el modelo teórico. Su masa oscilaría en el rango que va entre cien y un millón de masas solares. Dado que son excesivamente grandes para haber sido originados por colapso estelar, de una parte, y de que carecen de alta velocidad y densidad, por otra, se estima que su génesis habría que buscarla en cualquiera de los tres escenarios que siguen:
a.- Fusión de agujeros negros de masa estelar y otros objetos compactos por medio de acreción [3].
b.- Colisión fuera de control de estrellas masivas en densos cúmulos estelares y el colapso del producto de la colisión en un agujero negro intermedio.
c.- Son agujeros negros primordiales formados en el Big Bang
En una próxima entrada describiremos con más precisión algunas peculiaridades intrínsecas de los agujeros negros: núcleo, cuerpo, zona de acreción y horizonte de sucesos.
(Continuará)
Xarooch
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[1] Horizonte de sucesos: En relatividad general, el horizonte de sucesos —también llamado horizonte de eventos— se refiere a una hipersuperficie frontera del espacio-tiempo, tal que los eventos a un lado de ella no pueden afectar a un observador situado al otro lado. Obsérvese que esta relación no tiene por qué ser simétrica o biyectiva, es decir, si A y B son las dos regiones del espacio tiempo en que el horizonte de eventos divide el espacio, A puede no ser afectada por los eventos dentro de B, pero los eventos de B generalmente sí son afectados por los eventos en A. Por dar un ejemplo concreto, la luz emitida desde dentro del horizonte de eventos jamás podría alcanzar a un observador situado fuera, pero un observador dentro podría observar los sucesos del exterior [...]
[2] Teoría General de la Relatividad: La teoría general de la relatividad o relatividad general es una teoría del campo gravitatorio y de los sistemas de referencia generales, publicada por Albert Einstein en 1915 y 1916.
El nombre de la teoría se debe a que generaliza la llamada teoría especial de la relatividad. Los principios fundamentales introducidos en esta generalización son el principio de equivalencia, que describe la aceleración y la gravedad como aspectos distintos de la misma realidad, la noción de la curvatura del espacio-tiempo y el principio de covariancia generalizado [...]
[3] «Muerte de una estrella»: Cuando su temperatura alcanza 10 millones de grados Celsius (centígrados) empiezan las reacciones nucleares en las que el hidrógeno se convierte en helio. Agotada la reserva de hidrógeno, la estructura de la estrella cambia y la temperatura del núcleo se vuelve tan alta que el helio también se fusiona para generar carbono. A partir de aquí, roto el equilibrio entre el núcleo y las capas exteriores del astro, pueden ocurrir varias cosas:
a) Las estrellas de masa inferior a 5 masas solares expulsan sus capas exteriores durante la fase de gigante roja y, sobre todo, la fase de rama asintótica gigante (las de más de 0,5 masas solares). El remanente estelar resultante es el núcleo degenerado desnudo de la estrella, con una composición rica en carbono y oxígeno en la mayoría de los casos (aunque para las estrellas de menor masa el elemento dominante es el helio y para las de mayor masa también puede haber neón). Dicho remanente es una enana blanca y su superficie está inicialmente a temperaturas muy elevadas, del orden de 100.000 K. La radiación emitida por la estrella ioniza las capas recientemente expulsadas, dando lugar a una nebulosa de emisión del tipo nebulosa planetaria. Así pues, las estrellas aisladas de masa baja e intermedia acaban sus vidas de una forma relativamente poco violenta.
b) Las estrellas de más de 9-10 masas solares (el valor exacto del límite no se conoce con precisión y puede depender de la metalicidad) evolucionan a través de todas las fases de fusión hasta llegar al «pico del hierro» para agotar así toda la energía potencial nuclear de que disponen. Las últimas fases de quemado transcurre cada una más rápidamente que la anterior hasta llegar a la fusión del silicio en hierro, que tiene lugar en una escala de días. El núcleo, incapaz de generar más energía, no puede aguantar su propio peso ni el de la masa que tiene por encima, por lo que colapsa. Durante la contracción gravitatoria final se producen una serie de reacciones que fabrican multitud de átomos más pesados que el hierro mediante procesos de captura de neutrones y de protones. Dependiendo de la masa de ese núcleo inerte el remanente que quedará será una estrella de neutrones o un agujero negro. Cuando el remanente inicial sea una estrella de neutrones, una onda de choque se propagará por las capas exteriores, las cuales saldrán rebotadas hacia fuera. Dichas capas reciben además un excedente de energía de las reacciones nucleares producidas en el último estertor de la estrella, buena parte de él en forma de neutrinos. La conjunción de esos dos efectos da lugar a una supernova de colapso gravitatorio. [...]