AGUJEROS NEGROS

Pocos objetos en el universo despiertan tanta fascinación como los agujeros negros.

Acaso en sus entrañas se esconda el misterio del principio del universo. Tal vez también el de su final.

¿Por qué son negros? ¿Son agujeros? ¿Cómo pueden “verse”?

Un🧵👇🏼

Para salir de un cuerpo celeste, una objeto necesita una velocidad mínima para librarse de la atracción gravitacional.

Un agujero negro (AN) es un objeto para el que no se puede obtener una velocidad de escape suficientemente alta como para librarse de su abrazo gravitacional.

Por ejemplo, si en la Tierra disparamos una bala de cañón al aire, asciende, se ralentiza y vuelve a caer.

Pero si su velocidad llegase a 12 km/s (~43.200 km/h), continuará hasta que escape de la atracción gravitacional de la Tierra.

Eso es la “velocidad de escape” (VE).

La VE del Sol es de 618 km/s o 2.224.800 Km/h.

La fuerza de gravedad de un AN es tan poderosa que ni siquiera la radiación electromagnética a 300.000 km/s, puede lograr la VE.

Y si la luz, que es el límite de velocidad universal, no puede, pues nada puede.

Por eso es negro.

¿Pero por qué la gravedad de un AN es tan poderosa?

La gravedad depende de la masa; a mayor masa, mayor curvatura del tejido espacio temporal (gravedad).

Un AN es un objeto que concentra mucha masa (como la de una estrella) en un volumen muy pequeño.

Por ejemplo, si quisieras convertir la Tierra en un AN, tendrías que comprimir toda su masa en un espacio de 7-9 mm.

En el caso del Sol, toda su masa debería estar dentro de una esfera con un radio de unos 1,5 km.

Pero calma. El Sol necesitaría ~20 veces su actual masa para evolucionar hacia un AN. Su destino será otro.

Einstein predijo la existencia de los AN en 1916, en su Teoría General de la Relatividad.

El término “agujero negro” fue acuñado en 1967, por John Wheeler (der).

Durante décadas, los AN fueron objetos teóricos, hasta que el primer AN jamás descubierto, Cygnus X-1 (izq) en la constelación de Cygnus, vino a confirmar su existencia.

Los AN tienen dos “capas”: el Horizonte de Eventos o de Sucesos (HE) y la Singularidad (S).

El HE de un AN es lo más parecido a una superficie. Pero no es una superficie física. Es como una burbuja invisible en el espacio y es el límite alrededor del AN más allá del cual la luz no puede escapar.

Es el punto de no retorno. La gravedad es constante en todo el HE.

La S se encuentra en el corazón del AN. Es la pequeña área donde está contenida toda la masa.

Todo lo que cae en el AN finalmente se comprime en la Singularidad.

Lo de “agujero” es porque lo que cae en él no sale. En realidad, un AN es un objeto esférico de negrura perfecta.

Los AN supermasivos pueden tener miles de millones de veces la masa del Sol.

Pueden tener horizontes de eventos desde 3.000 millones de km de ancho a tan grandes como el diámetro de la órbita de Urano.

Como el caso de M87* (abajo).

Pero algunos son inimaginablemente grandes.

El AN supermasivo TON 618 comprime la masa equivalente a 66.000 millones de soles en una esfera de ~1.300 unidades astronómicas de radio.

La Voyager II, lanzada en 1977, ha recorrido sólo el equivalente al 10% de esa distancia.

Abajo, TON 618 comparado con la órbita de Neptuno.

¿Cómo se forman los AN?

Ocurre cuando la fuerza de gravedad de una estrella se vuelve mayor que la presión hacia el exterior causada por sus procesos termonucleares internos.

Esa gravedad comienza a hacer que la estrella colapse, atrayendo toda su masa hacia adentro.

Esta área central se vuelve cada vez más pequeña y más densa a medida que toda la masa de la estrella se comprime en ella.

No todas las estrellas que colapsan forman AN. Para que un objeto forme un AN, debe comprimirse por debajo de cierto radio: el Radio de Schwarzschild.

En nuestra galaxia hay entre 100 millones y 1.000 millones de AN, destacando su agujero negro central supermasivo (ANSM) Sagittarius A* (Sgr A*).

La colosal estructura tiene más de 4 millones de veces la masa de nuestro Sol.

Abajo, imagen real del AN central de nuestra galaxia.

¿Cómo se puede fotografiar?

Gracias a la radiación que emite la materia de sus inmediaciones a medida que es atraída hacia el AN.

Los AN suelen estar acompañados por otros cuerpos, como estrellas, de las cuales absorben material, que se calienta y “brilla”.

El disco hipercaliente que se forma y emite radiación en todo el espectro es llamado “disco de acreción”.

En cuanto a los ANSM en el centro de una galaxia, pueden absorber el espeso polvo y el gas que los rodea, formando discos de acreción inmensos.

Es el caso de Sgr A* y M87*.

A veces, por procesos complejos, del disco de acreción salen despedidos chorros de plasma a lo largo de su eje de rotación.

Estos chorros brillantes pueden viajar a velocidades cercanas a la de la luz y alcanzar miles de años luz de longitud: son los “jets relativistas”.

Hasta ahora se han identificado 3 tipos de AN:

1. Agujero Negro Estelar (ANE)
2. AN Supermasivos (ANSM)
3. AN Intermedios (ANI)

Un ANE se forma cuando una estrella (con masa >20 veces la solar) quema lo último de su combustible, para colapsar o caer sobre sí misma.

Al vencer la gravedad y seguir comprimiéndose crea un ANE. Son los que pueblan el universo.

Pero los ANSM lo dominan; son millones, incluso miles de millones, de veces más masivos que el Sol y tienen diámetros desde una estrella típica hasta el diámetro de todo el Sistema Solar.