Por su propia naturaleza, los agujeros negros son oscuros. Esta es la primera imagen de un agujero negro, de abril de 2019. Se forma un anillo brillante a partir de la luz que se dobla en la intensa gravedad alrededor del agujero negro, que es 6.500 millones de veces más masivo que nuestro sol. Este agujero negro está en el centro de la galaxia. M87, 55 millones de años luz de la Tierra.
¿Qué son los agujeros negros?
Un agujero negro tiene una gravedad tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él. Por eso los agujeros negros son negros. No podemos verlos directamente. Pero podemos ver los efectos que tienen los agujeros negros en el espacio que los rodea. Los agujeros negros pueden tener la masa de millones o miles de millones de estrellas. O pueden ser tan pequeños como unas pocas masas estelares aplastadas hasta una densidad extrema durante las explosiones de supernova. Y el año pasado aprendimos que también existen agujeros negros de masa intermedia. Además, puede haber incluso microagujeros negros.
De la teoría a la realidad
En su teoría general de la relatividad de 1915, Albert Einstein fue el primero en sugerir que nuestro universo contiene objetos tan extraños, densos y masivos. Los agujeros negros emergen de las ecuaciones de la relatividad general de Einstein como consecuencia natural de la muerte y colapso de estrellas masivas. En 1916, el matemático alemán Karl Schwarzschild fue la primera persona en formular matemáticamente los agujeros negros. Físico teórico Juan Wheeler acuñó por primera vez el nombre de agujero negro muchos años después, en 1967.
Hasta la década de 1970, los agujeros negros eran solo curiosidades matemáticas. Luego, en 1971, los científicos descubrieron el primer agujero negro físico, Cygnux X-1.
Agujeros negros de masa estelar
Conocemos tres tipos de agujeros negros. El primero es el llamado masa estelar. Estos son los restos de grandes estrellas. Cuando, al final de su vida, una estrella con más de cinco veces la masa de nuestro sol explota como una supernova, la gravedad comprime su núcleo repentina y violentamente.
Dependiendo de la masa de la estrella, el colapso puede detenerse y formar una estrella de neutrones. Pero si su masa es suficiente, el colapso del núcleo continuará, formando un agujero negro. Los agujeros negros de masa estelar tienen masas que van desde un mínimo de unas cinco veces la masa de nuestro sol hasta unas 60 veces la masa del sol. Su diámetro es típicamente entre 10 y 30 millas (16-48 km).
agujeros negros intermedios
Los científicos anunciaron el descubrimiento de un agujero negro de masa intermedia en 2021. Este tipo de agujero negro cierra la brecha entre los agujeros negros de masa estelar más pequeños y los agujeros negros supermasivos que acechan en el centro de las galaxias. El agujero negro «ricitos de oro» recién descubierto tiene una masa de 55.000 soles. Los astrónomos encontraron el agujero negro intermedio al detectar algo ubicado muy atrás: las señales de un estallido de rayos gamma. La lente gravitatoria de la emisión del estallido dio pistas a los científicos sobre el agujero negro de masa intermedia.
Agujeros negros supermasivos
El tercer tipo de agujero negro es el supermasivo calabozo. Estos pueden tener la masa de miles de millones de soles. Los astrónomos creen que la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros supermasivos en sus núcleos. El que está en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, Sagitario A*tiene unas 4 millones de veces la masa de nuestro sol y tiene unos 37 millones de millas de diámetro.
Otro ejemplo de un agujero negro supermasivo está en el centro de la quásar conocido como tonelada 618. Su agujero negro central tiene un estimado de 66 mil millones de masas solares. Los agujeros negros supermasivos pueden haberse formado en la historia temprana del universo a partir de enormes nubes de hidrógeno interestelar que colapsaron, aunque su origen exacto no está claro y es un área de mucha investigación activa. También pueden haber acumulado masa extra durante eones a partir de fusiones con otros agujeros negros.
Un cuarto tipo de agujero negro
Puede haber otra categoría de agujero negro, la del microagujero negro. Estos serían de un tamaño más pequeño que un agujero negro de masa estelar. Hasta el momento, todavía son solo hipotéticos y no se ha demostrado que exista ninguno.
¿Qué hay dentro de un agujero negro?
Por definición, no podemos observar lo que hay dentro de un agujero negro, porque ninguna luz, ninguna información de ningún tipo, puede escapar. Pero las teorías astrofísicas sugieren que, en el centro de un agujero negro, toda la masa del agujero negro está concentrada en un diminuto punto de densidad infinita. Este punto se conoce como singularidad.
Es este punto, esta singularidad, lo que genera el campo gravitacional increíblemente fuerte del agujero negro. Considere, sin embargo, que la singularidad podría no existir. Eso es porque toda la física conocida se desmorona bajo las condiciones extremas en el centro de un agujero negro, donde efectos cuánticos sin duda juegan un papel importante. Como aún no poseemos un teoría cuántica de la gravedad es imposible describir lo que realmente existe en el núcleo de un agujero negro.
Los límites de un agujero negro
El límite de un agujero negro es su horizonte de eventos. No es un borde físico. Es solo un punto en el espacio más allá del cual es imposible escapar de la gravedad del agujero negro. Una vez que algo que cae en el agujero negro pasa el horizonte de eventos, nunca más puede salir del agujero negro. Atrae inexorable e inevitablemente hacia el centro del agujero negro. Dentro del horizonte de eventos, cualquier objeto sólido es desgarrado por la feroz gravedad y reducido a sus partículas subatómicas constituyentes. En el horizonte de sucesos, la velocidad de escape del agujero negro alcanza la velocidad de la luz.
Observando agujeros negros
Sin emisión de un agujero negro, los científicos solo pueden observar sus efectos gravitacionales en objetos cercanos en el espacio. Si hay estrellas o gas cerca del agujero negro, es posible que se esté «alimentando» activamente de ellos. Es decir, un agujero negro puede atraer material de estos objetos cercanos. En este caso, un agujero negro tendrá una disco de acreción. Aquí es donde el material gira en espiral hacia adentro antes de que el agujero negro se lo coma, como el agua que cae por un desagüe. El disco de acreción puede girar a porcentajes significativos de la velocidad de la luz: la fricción entre las partículas que chocan en el disco eleva su temperatura a millones de grados, irradiando enormes cantidades de rayos X que pueden detectarse con telescopios especiales.
En abril de 2019, el Telescopio de horizonte de eventos El proyecto reveló la primera imagen directa de un agujero negro, el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia elíptica gigante. M87. Una serie global de radiotelescopios adquirió la imagen. Demostró más allá de toda duda razonable que existen agujeros negros. Los científicos pudieron probar directamente los modelos de comportamiento de los agujeros negros de General Relativity y descubrieron que el agujero negro de M87 cumplía perfectamente.
En pocas palabras: un agujero negro es un área del espacio con un campo gravitatorio tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Los agujeros negros vienen en tres tamaños, posiblemente cuatro.
