La forma más sencilla de definir un agujero negro es decir que es una región del espacio donde la atracción de la gravedad es tan intensa que la luz no puede escapar de su interior. El origen de este fenómeno está en una enorme acumulación de materia en un espacio pequeño en comparación con el tamaño de estrellas y planetas. Por ejemplo, un objeto con la masa del Sol se convertiría en una agujero negro si se comprimiera hasta un diámetro de 6 kilómetros, mientras que un objeto con la masa de la Tierra tendría que comprimirse hasta el tamaño de una canica.

Los agujeros negros reciben ese nombre porque son invisibles. La única forma de detectarlos es observar el comportamiento del gas y las estrellas que hay en sus alrededores, tal como explica la NASA. Por ejemplo, observando el movimiento de una estrella, los científicos pueden deducir si en sus proximidades hay un agujero negro. Cuando una estrella orbita cerca de estos astros, se produce luz de alta energía (como rayos X), que los científicos pueden detectar desde la Tierra o desde el espacio.

En ocasiones, los agujeros negros pueden ser lo suficientemente fuertes como para «desgarrar» a las estrellas y robarles sus gases. Se forma entonces un disco de acreción, una masa de gas que se precipita sobre el agujero formando enormes espirales y calentándose más, a medida que se acerca al agujero. Con todo, se considera que hay dos propiedades que definen a los agujeros negros: su masa y su momento angular (relacionado con su velocidad de rotación).

¿Los agujeros negros son objetos teóricos?

Tal como ha explicado José Luis Fernández Barbón, doctor en Física teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, y autor de «Los agujeros negros»: «Lo fueron durante mucho tiempo. Desde la formulación de la relatividad general hace 100 años hasta los años 60 del siglo pasado existió una fuerte controversia sobre si se trataba o no de soluciones “físicamente consistentes”. Mucha gente opinaba que eran meras curiosidades matemáticas. A partir de los años 60 se entendieron mucho mejor a nivel teórico, y los físicos se los empezaron a tomar más en serio. Al mismo tiempo, se descubrieron objetos astrofísicos que se podían explicar si se suponía que había un agujero negro oculto en el interior. Estas son las fuentes compactas de rayos X en nuestra galaxia, y también los quasars, que son galaxias muy lejanas con una emisión de energía bestial desde su núcleo».

«Durante los últimos 20 años esta evidencia se ha ido haciendo siempre más fuerte. Ahora incluso estamos seguros de que en el centro de la Via Láctea hay un agujero negro gigante de 4 millones de masas solares, pronto deberíamos ser capaces de ver la “sombra” del propio agujero en radiotelescopios. Desde luego, con la detección de ondas gravitacionales de LIGO, ahora se puede decir que se han “oído” directamente dos agujeros negros que se fusionaron hace 1300 millones de años. Así que ya podemos considerarlos objetos del mundo real», ha concluido el físico.

¿Hay varios tipos de agujeros negros?

Se suele hablar de tres agujeros negros en función de su tamaño. Los más pequeños se llaman agujeros negros primordiales: son también los más especulativos, puesto que no hay ninguna evidencia que demuestre su existencia. Los investigadores calculan que si existieran, tendrían un tamaño de un átomo y la masa de una gran montaña.

Los más comunes de los agujeros negros tienen un tamaño intermedio, y se llaman agujeros negros estelares: su masa suele estar alrededor de las 20 o 30 masas solares (o sea, su masa puede llegar a veinte veces la masa del Sol) y sus diámetros llegar hasta el centenar de kilómetros. Los científicos creen que hay docenas de esos agujeros solo en la Vía Láctea.

Junto a estos, hay unos auténticos titanes: los agujeros negros supermasivos. Tienen masas de más de un millón de masas solares, y tienen un tamaño comparable al del Sistema Solar. Según la opinión de los astrofísicos, en el centro de cada gran galaxia hay uno de estos agujeros negros supermasivos. En el caso de la Vía Láctea, este se llama Sagitario A. Tiene una masa de 4 millones de soles, y su diámetro es 17 veces el diámetro del Sol.

Para estimar el diámetro de un agujero negro, basta con multiplicar la masa por seis. Por ejemplo: un agujero negro de tres masas solares mide 18 kilometros de diámetro, uno de 20 masas solares mide 120 kilometros y uno de 60, unos 360 kilómetros. En el caso de Sagitario A, los 4 millones de masas solares dan un diámetro de 24 millones de kilómetros.

Representación de un agujero negro (a la izquierda) engullendo una estrella (a la derecha). En naranja el disco de acreción. La línea vertical representa un jet de gas.

¿Cómo se originan?

Cada uno de estos agujeros negros tiene un origen distinto. No se sabe cómo aparecieron, pero por definición se considera que los primordiales se formaron en el principio del Universo. Por otro lado, los estelares aparecen cuando estrellas muy masivas llegan al final de su vida y colapsan sobre sí mismas a causa del tirón gravitacional. Cuando esto ocurre, también puede ocurrir una explosión de supernova o un estallido más débil. Por último, algunos científicos creen que los agujeros negros supermasivos se formaron al mismo tiempo que la galaxia en la que se encuentran. Parece ser que su tamaño está asociado con el tamaño y la masa de su galaxia «madre».

Pero, tal como explica Fernández Barbón, esto en realidad no está claro: «esto puede ser el resultado de la evolución posterior. Mucha gente cree que los agujeros negros empezaron con masas de 50 a 100 soles, resultado de la explosión en supernovas de la primera generación de estrellas, que eran de hidrógeno puro y muy grandes. Y a partir de aquí crecieron y formaron las galaxias a su alrededor. Otros creen que se formaron al mismo tiempo que colapsaron la nubes de gas para formar las galaxias. Otros creen que primero es la galaxia y luego el agujero… hacen falta más datos para resolver estos detalles. Hay un período desde que el universo tenía 400.000 años hasta que tenía un millón de años y se encendieron los primeros quasares, sobre la que tenemos muy poca información».

¿Qué es el horizonte de sucesos?

Es el punto de no retorno, el límite a partir del cual nada puede abandonar el agujero negro. En esa región, ni siquiera la luz puede dejar atrás el agujero.

¿Qué ocurriría al caer dentro de uno?

No sería agradable. En el caso de un pequeño agujero negro, el cuerpo de un astronauta experimentaría intensas fuerzas gravitacionales. A una distancia corta del agujero, la diferencia entre el extremo más próximo al astro (por ejemplo, los pies) y el más lejano (por ejemplo, la cabeza), sufrirían tirones gravitacionales muy distintos, y el cuerpo del astronauta se estiraría como si fuera un espaguetti, en un proceso que se conoce como espaguetización.

En el caso de un agujero negro mayor el astronauta también sufriría la acción de las fuerzas gravitacionales, pero tendría que estar ya dentro para sufrir la espaguetización. En ambos casos, tanto en pequeños como grandes agujeros negros, un observador exterior vería al astronauta en el borde del horizonte de sucesos, pero nunca le vería entrar dentro del agujero. Le daría la sensación de que ese incauto está de alguna forma congelado en el tiempo.

¿Podría un agujero negro destruir la Tierra?

Es improbable. Los agujeros negros no vagan por el Universo, engullendo planetas al azar. Siguen las mismas leyes de la gravedad que el resto de cuerpos, así que para que uno de ellos afectara a la Tierra tendría que acercarse mucho al Sistema Solar. Por ejemplo, si se cambiara al Sol por un agujero negro de una masa similar (sería entonces un agujero negro estelar), la órbita de la Tierra no cambiaría nada.

Pero, tal como sugiere Fernández Barbón, hay eventos astronómicos que pueden ser sobrecogedores: «Cuando dos galaxias se fusionan y sus agujeros supergigantes se fusionan, si tienen tamaños muy diferentes algunos cálculos que se han hecho sugieren que el último pulso de ondas gravitacionales podría estar muy orientado en una dirección concreta. Así que el agujero fusionado sufre un “retroceso” (como una escopeta), y si la velocidad de retroceso es superior a unos 600 km por segundo, la velocidad de escape típica de una galaxia, acabaría por salir disparado y abandonar la galaxia madre. Literalmente, vagaría por el espacio intergaláctico». Con todo, sería improbable que ese agujero negro disparado pasara por las cercanías del Sistema Solar, pero no imposible.

Imagen captada por el telescopio Chandra del agujero negro supermasivo del centro de la galaxia M81

¿El Sol se convertirá en un agujero negro?

No. Para que la muerte de una estrella de paso a un agujero negro, debe tener una masa superior a la del Sol. Cuando el Sol llegue al final de su vida, se convertirá con el tiempo en una gigante roja, una estrella que ha quemado la mayor parte de su combutible y que se va desprendiendo de las capas externas de su gas para formar una nebulosa planetaria. Cuando eso pase, el gas arrasará la Tierra. Después de esa etapa, el Sol se enfriará lentamente, y con el tiempo se convertirá en una estrella enana blanca.

¿Por qué son importantes para la física cuántica?

Según José Luis Fernández Barbón: «Porque encierran los límites de la concepción de Einstein del espacio y el tiempo. En su interior la información está atrapada, y el espacio se “rompe” literalmente. La unión de la gravitación y la mecánica cuántica es el principal problema de fundamentos de la física teórica. Así que los agujeros negros son los escenarios perfectos para estudiar esta unión, porque en su interior sabemos que la teoría de Einstein falla».

¿Cada vez hay más agujeros negros?

Tal como ha continuado Barbón: «Los agujeros negros, una vez creados, siguen creciendo a medida que se tragan material que pasa por allí. Así que el número de agujeros negros en el Universo va en aumento, y los que hay son cada vez más grandes. Una forma de hacer agujeros negros es por explosiones de supernovas, otra puede ser por colisiones de estrellas de neutrones y/o enanas blancas. Otra puede ser por colapso directo de nubes de gas frío. Otra posibilidad es que haya por ahí agujeros negros “primordiales”, es decir, que hubieran aparecido en las condiciones extremas cerca del Big Bang. Pero todo esto de los agujeros primordiales es bastante especulativo».

Fuente: abc.es

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