Los agujeros negros conforman un conjunto de objetos cósmicos, uno de los más misteriosos del universo. Los científicos teorizan sobre su existencia desde hace cien años, y algunas comprobaciones indirectas de ellos ya se habían detectado; hasta que a principios de 2019 obtuvimos la primera imagen de uno de ellos. La fotografía representa al horizonte de sucesos del agujero negro situado en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de casa, en lo que fue uno de los mayores hitos de la ciencia reciente.
Como apuntábamos, los detalles de la estructura de un agujero negro se calcularon a partir de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. Lo que llamamos la singularidad constituye el centro de un agujero negro, y está oculta por la ‘superficie’ del objeto, el horizonte de sucesos. Dentro del horizonte de eventos, la velocidad de escape (es decir, la velocidad requerida para que la materia escape del campo gravitacional de un objeto cósmico) excede la velocidad de la luz, por lo que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar.
Solo las estrellas más masivas, al menos tres veces mayores que nuestro Sol, se convierten en agujeros negros al final de sus vidas. Las estrellas con una cantidad menor de masa, como la nuestra, evolucionan hacia otro tipo de cuerpos, como enanas blancas o estrellas de neutrones.
Acaban de publicarse, a fecha de 2 de septiembre de 2020, dos estudios (en Physical Review Letters y Astrophysical Journal Letters) que describían la detección del agujero negro más masivo que se haya detectado con ondas gravitacionales. El equipo de investigación detectó la fusión de dos agujeros negros, pero uno de los dos era mucho más masivo que cualquier otro observado en una colisión de este tipo. Los investigadores creen que el más pesado de los dos puede ser el resultado de una fusión previa entre dos agujeros negros.
Los agujeros negros son objetos fascinantes que, a su vez, provocan muchos interrogantes. En esta galería, profundizamos sobre el conocimiento de los agujeros negros.
Nada puede escapar de la singularidad
Como anotábamos en la introducción de esta galería, un agujero negro se produce cuando una estrella moribunda, que ha agotado su combustible por completo, colapsa hasta que su campo gravitacional se vuelve tan poderoso que ni la materia ni la luz podrán escapar.
El resultado es un agujero negro, una singularidad o punto de volumen cero y densidad infinita escondido tras un horizonte de eventos.
Pueden tener orígenes no estelares
Ya hemos comentado que los agujeros negros se originan cuando una estrella masiva colapsa. Pero algunos agujeros negros, aparentemente, tienen orígenes no estelares. Varios astrónomos han especulado que grandes volúmenes de gas interestelar se acumulan y colapsan en agujeros negros supermasivos en los centros de cuásares y galaxias.
Se estima que una masa de gas que cae rápidamente en un agujero negro emite más de 100 veces la energía que libera la misma cantidad de masa a través de fusión nuclear. En consecuencia, el colapso de millones o miles de millones de masas solares de gas interestelar bajo la fuerza gravitacional en un gran agujero negro explicaría la enorme producción de energía de los cuásares y ciertos sistemas galácticos.
Su tamaño viene dado por el radio de su horizonte de sucesos
El radio del horizonte de sucesos se llama radio de Schwarzschild, en honor al astrónomo alemán Karl Schwarzschild, quien en 1916 predijo la existencia de cuerpos estelares colapsados que no emiten radiación. El tamaño del radio de Schwarzschild es proporcional a la masa de la estrella que colapsa. Para un agujero negro con una masa 10 veces mayor que la del Sol, el radio sería de 30 km.
El agujero negro más cercano
Sagitario A *, el agujero negro del centro de nuestra galaxia, se encuentra a unos 26 000 años luz de distancia. Pero el agujero negro más cercano se encuentra en el sistema estelar triple LB-1. Está a tan 'solo' 1000 años luz de la Tierra en la constelación de Telescopium. Tiene una masa al menos cuatro veces mayor que la del Sol y unos 25 o 30 kilómetros de diámetro.
El agujero negro más masivo
TON 618 es el agujero negro más grande del universo conocido. Presenta una luminosidad equivalente a 140 billones de nuestros soles. TON 618 también cuenta con una atracción gravitacional extremadamente alta como resultado de su impresionante masa, y podría haberse formado por la fusión de varios agujeros negros en el pasado.
Suelen ser detectados por variaciones en sus enormes campos gravitacionales
Los agujeros negros generalmente no se pueden observar directamente debido a su pequeño tamaño y al hecho de que no emiten luz. Sin embargo, pueden ser ‘observados’ indirectamente por los efectos de sus enormes campos gravitacionales sobre la materia cercana. Por ejemplo, si un agujero negro es miembro de un sistema estelar binario, la materia que fluye hacia él desde su compañera se calienta intensamente y luego irradia rayos X antes de entrar en el horizonte de sucesos del agujero negro y desaparecer para siempre.
La primera fotografía de un agujero negro
La primera (y única) vez que se obtuvo una detección directa de un agujero negro tuvo lugar el 10 de abril de 2019. La imagen que ves es una ‘instantánea’ del agujero negro del centro de la masiva galaxia M87, a unos 55 millones de años luz de la Tierra, según la imagen del Event Horizon Telescope (EHT). Este agujero negro es 6500 millones de veces más masivo que el Sol. Esta imagen fue la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y su sombra. El anillo es más brillante en un lado porque el agujero negro está girando y, por lo tanto, el material del lado del agujero negro que gira hacia la Tierra tiene su emisión impulsada por el efecto Doppler. La sombra del agujero negro es aproximadamente cinco veces y media más grande que el horizonte de sucesos, el límite marca los límites del agujero negro, donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz.
Los agujeros negros podrían no ser tan negros
En 1974, Stephen Hawking escribió que los efectos de la física cuántica hacen que los agujeros negros no sean en realidad ‘tan negros'; y que sí había algo que podía 'escapar' de los agujeros negros: la radiación. Esta explicación está detallada en su teoría de la Radiación Hawking, que, lamentablemente, nunca obtuvo en Nobel de Física al no haber podido comprobarse. Desventajas de ser un físico teórico.
¿Qué pasaría si cayésemos dentro de un agujero negro?
Nadie puede afirmar con seguridad lo que pasaría, pero en términos físicos, seríamos arrastrados a una especie de ‘pozo sin fondo’. Si un ser humano pudiese alcanzar el horizonte de sucesos de un agujero negro y atravesarlo, probablemente sufriría lo que conocemos como espaguetización. Conforme nos fuésemos acercando al agujero negro, la gravedad en la cabeza no sería la misma que en los pies, con lo que (tal como sugiere el término) nuestro cuerpo tendería a estirarse y, probablemente, se partiría.
¿Qué hay más allá de un agujero negro?
No podemos estar seguros. Más allá de un agujero negro, las leyes de la física se deforman, y tampoco podría existir el tiempo. Los cuerpos que cruzan el horizonte de eventos, o un rayo de luz dirigido a tal objeto, aparentemente simplemente desaparecerían.
Muchos científicos están haciendo la conexión entre las singularidades y la teoría del Big Bang, que propone que nuestro universo explotó a partir de lo que podría haber sido una singularidad. Conectando con la teoría del multiverso, esta hipótesis vendría a decir que un agujero negro sería una ‘puerta de salida’ de nuestro universo, para dar lugar a otro universo, a través de lo que conocemos como agujeros blancos.
Pero todo ello no es más que suposiciones, por ahora.
