Universo - Agujeros Negros

Toda acumulación de masa posee un campo gravitatorio a su alrededor cuya potencia depende de esa masa y del radio del objeto conformado por la misma. Esto sucede con las estrellas y también con los planetas; por ejemplo, para que una nave espacial logre escapar de la Tierra, debe tener energía suficiente como para vencer la atracción gravitatoria terrestre. Si a un objeto se le imprime una velocidad menor que la necesaria para que escape (unos 11,2 km/seg) caerá irremediablemente hacia nuestra superficie.Un agujero negro se origina cuando una cantidad apreciable de materia se acumula en un volumen extremadamente reducido; entonces la fuerza de atracción gravitatoria es tan intensa que la materia se comprime hasta adquirir un estado superdenso. La gravedad del objeto es allí tan elevada, que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz. De este hecho deviene su denominación: el nombre de agujero resulta de designar a un cuerpo en el cual la materia puede caer en él, pero del que no puede salir. Como la luz tampoco logra escapar, este objeto no será observable; esta última característica, en el decir de los astrónomos, lo identifica como negro.

PESO Y MASA DE UN AGUJERO NEGRO

   Cuando los astrónomos descubren una estrella en órbita con una acompañante invisible, pueden calcular el peso de ésta para determinar si es una estrella de neutrones o un agujero negro. Una estrella de neutrones no puede pesar más que 3 masas solares, así que cualquier cosa más masiva debe ser un agujero negro. Ambos objetos orbitan en torno al mismo centro de masa del sistema, y las masas relativas de las dos estrellas se pueden descubrir observando la posición de este centro de masa. Los astrónomos estiman la masa de la estrella visible por su brillo y color y así pueden determinar la masa de su acompañante.

Se estima que un agujero negro con una masa similar a la de la Tierra tendrá sólo un centímetro de radio. En realidad, como veremos, un agujero negro tiene dimensión nula (su radio es cero), ya que no hay fuerza conocida que pueda oponerse al colapso; en cambio, en los agujeros negros se define un horizonte de sucesos, dentro del cual cualquier objeto es incapaz de escapar.

¿COMO SE FORMA?

Cuando una supernova explota, el núcleo de la estrella a menudo colapsa y se convierte en una estrella de neutrones, pero esto no ocurre siempre.  Si el núcleo en colapso pesa más de tres masas solares, ni los neutrones densamente compactados pueden resistirse a la gravedad. Luego, la estrella colapsa completamente para convertirse en un agujero negro. 

¿ COMO LOS DETECTAMOS?

Los agujeros negros pueden detectarse sólo si están cerca de una estrella. La poderosa gravedad del agujero atrapa las corrientes de gas de su acompañante, a gran velocidad. El gas se dirige al agujero negro, formando un vórtice en espiral alrededor de él llamado disco de acreción. La fricción calienta el gas a tal punto que éste brilla fuertemente. las partes más calientes alcanzan hasta los 100 millones de °C y emiten rayos X.
El número de estrellas masivas que pueden evolucionar en estrellas de neutrones o agujeros negros es muy elevado; se estima que estos objetos deben ser muy frecuentes en el Universo, constituyendo una fracción importante de toda la materia que lo puebla. Sin embargo, hasta el momento no existe ninguna prueba concluyente de la existencia de agujeros negros, ya que sólo pueden ser detectados por sus efectos gravitacionales sobre cuerpos cercanos, y en particular cuando alguno se halle junto a una estrella normal formando un sistema doble.No obstante, existen serios candidatos a ser agujeros negros. En 1964, se descubrió que una de las componentes de una binaria ubicada en la constelación del Cygnus es una potente fuente de rayos X (luego designada Cygnus X-1). Aparentemente, la fuente se vincula con la componente no visible del sistema; así, Cygnus X-1 se trataría de un sistema compuesto por una estrella gigante de tipo O y una compañera invisible: Los datos obtenidos posteriormente indicaron que tendría una masa suficiente para señalar a esa compañera como un agujero negro (unas diez masas solares). El material lanzado por la estrella O es recibido por el supuesto agujero negro y emite rayos X; esa radiación surge del disco de materia formado alrededor del agujero negro.También se han detectado fuertes radiaciones de rayos X en diferentes regiones del espacio; muchas de ellas son de carácter explosivo, lo que implicaría que podrían ser debidas también a agujeros negros. Los núcleos de las galaxias son objetos muy difíciles de identificar con algo conocido; por sus características peculiares se considera que podrían vincularse también con los fenómenos de los agujeros negros.

AGUJEROS NEGROS SUPERMASIVOS

Algunos agujeros negros pesan el equivalente a millones o miles de millones de Soles. Estos cuerpos rondan los centros de la galaxia, y no fueron producidos por supernovas, sino por el colapso de enormes nubes de gas en tiempos pasados de la galaxia. Su inmensa gravedad puede atraer polvo y gas desde grandes áreas del espacio, formando masivos discos de acreción. Éstos podrían verse oscuros, como en la galaxia NGC 4261, o brillan resplandecientemente en forma de quásares.

AGUJEROS NEGROS PEQUEÑOS 

   Algunos astrónomos creen que los agujeros negros pequeños fueron creados por las inmensas fuerzas del Big Bang. Estos agujeros son del tamaño de un átomo, pero tienen masas de hasta mil millones de toneladas. Cálculos realizados por Stephen Hawking demuestran que la intensa gravedad alrededor de un agujero negro pequeño puede provocar la lenta emisión de "radiación Hawking" que lo libera de energía y masa. Finalmente, el agujero negro pequeño desaparece en una descarga de rayos gamma. Si la teoría es correcta, estos agujeros estarían explotando en estos instantes.

BUSCANDO AGUJEROS NEGROS

Primero, los satélites en órbita detectan las explosiones de rayos X celestes. Luego, los telescopios en la Tierra estudian esa zona en busca de algo inusual. Por ejemplo, en el año 1991, el satélite japonés Ginga y el telescopio William Herschel, ubicado en las islas Canarias, descubrieron una tenue estrella que estaba siendo forzada a rotar en torno a un compañero invisible que pesaba 12 masas solares. Este objeto, llamado V404 Cygni, no emite radiación en otras longitudes de onda, así que debería ser un agujero negro.

	El clérigo inglés John Michell (1724-1723) predijo en 1784 que algunas estrellas podrían ser tan grandes que lograrían capturar la luz.
	En 1915, Einstein describió los efectos de la gravedad extrema Karl Schwarzschild (1873-1916) se percató más tarde que los agujeros negros son una consecuencia natural de la teoría de la relatividad de Einstein.
	En 1939, el físico estadounidense J. Robert Oppenheimer (1904 1967) calculó que los agujeros negros eran la última etapa del colapso de una estrella.
	El astrofísico estadounidense John Wheeler (nacido en 1911) acuñó el nombre agujero negro en 1967.
	Cygnus X-1, el primer agujero negro en ser identificado, fue descubierto por el satélite estadounidense Uhuru en 1971.
	En 1974, Stephen Hawking predijo que los agujeros negros podían explotar y que los pequeños, formados en el Big Bang, podrían estar explotando en este mismo momento.
	En 1997, los astrónomos confirmaron sus sospechas sobre la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, que pesaría alrededor de 2,5 millones de masas solares

¿COMO ES UN AGUJERO NEGRO EN SU INTERIOR?

. Los agujeros negros son verdaderas prisiones para la luz, en donde la gravedad es tan fuerte que nada puede escapar a ella. Sin embargo, tienen efectos aún más extraños: la gravedad de un agujero negro distorsiona el tiempo y el espacio, y allí las leyes físicas dejan de tener validez. Nadie puede mirar dentro de un agujero negro pero los matemáticos pueden explorarlos usando la teoría de la gravedad de Einstein o de la relatividad general. Esto demuestra extraños efectos en el borde de un agujero negro y en su interior, en donde su materia colapsa en una singularidad (un punto infinitamente pequeño de densidad infinita). Algunos cálculos sugieren que los agujeros negros podrían ser puertas a otros universos.

POZO GRAVITATORIO

Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, la gravedad no es realmente una fuerza entre objetos, sino que una distorsión del espacio en sí. Esta es la mejor manera de visualizar los efectos de la gravedad alrededor de un agujero negro. Einstein imaginó al espacio como una delgada lámina de goma. Si se coloca un objeto pesado sobre ella, digamos una bola de billar, éste provocará una hendidura. De la misma forma, el Sol curva el espacio alrededor de él, formando un pozo gravitatorio. Las órbitas de los planetas son trayectorias curvas alrededor de su hendidura. Las estrellas más densas provocan pozos gravitatorios más profundos, con pendientes más pronunciadas.

ANATOMÍA DE UN AGUJERO NEGRO 

  Todos los agujeros negros poseen la misma estructura básica. La singularidad en el centro está rodeada por un límite invisible, llamado horizonte de sucesos: nada puede escapar a él. El tamaño del horizonte de sucesos es el radio de Schwarschild, que debe su nombre al físico que por primera vez notó su importancia. Un agujero negro que gira es más complejo, posee una ergosfera (región que parece un remolmo cósmico), un horizonte de sucesos extra y una singularidad en forma de anillo.

ALARGAMIENTO 

Los objetos que caen en un agujero negro son "espaguetificados" (alargados). Una hipotética astronauta que cae de pie siente una atracción gravitatoria más fuerte en sus pies que en su cabeza, por lo tanto, ella comienza a ser estirada. Al acercarse más al agujero, ella es succionada por un tubo. El efecto es más severo en los agujeros negros más pequeños, porque ellos hacen pozos gravitatorios más profundos. A medida que la gravedad distorsiona la luz y el tiempo alrededor del agujero, los colegas de la astronauta observan una variedad de extraños efectos a medida que cae.

AGUJEROS DE GUSANO 

Los científicos pensaron alguna vez que los agujeros negros giratorios podrían servir de atajos para llegar a otras partes del universo (o incluso a otro universo), en particular los grandes agujeros negros que tienen un bajo nivel de alargamiento. No obstante, cálculos posteriores indicaron que el túnel formado por un agujero negro sería inestable. Una forma de atravesarlo sería construir un agujero negro artificial, llamado agujero de gusano, con sus lados sostenidos por algún tipo de sustancia antigravedad (aunque todavía no se conoce ninguna sustancia de ese tipo).