Un agujero negro se define como una región del espacio que tiene un campo gravitacional tan intenso que no puede escapar la materia o la radiación. El tipo más común de agujero negro es producido por una estrella que ha usado todo su “combustible” nuclear: un agujero negro estelar. El final de una estrella es el comienzo de un agujero negro.
Los agujeros negros son tan extraños, que durante mucho tiempo se pensó que eran solo una curiosidad teórica sin relevancia para el mundo real. Se pensaba que los científicos nunca podrían obtener una prueba definitiva de la existencia de agujeros negros. Estudiar uno en lugares razonablemente cercanos está totalmente fuera de discusión ya que el agujero negro más cercano está a miles de años luz de distancia.
Los agujeros negros se identificaron por primera vez en la relatividad general de Einstein
- ¿Fue el Big Bang una explosión que le sucedió a un enorme agujero negro que descomprimió toda la masa del universo contenido dentro de él?
- El Gran Teorema Unificado (GUT) dice que a una energía muy alta, tan alta como en un agujero negro, todas las fuerzas fundamentales son las mismas. ¿Eso significa que la única fuerza siempre es atractiva en la naturaleza al igual que la fuerza gravitacional ya que la fuerza de un agujero negro solo es atractiva?
- ¿Es un agujero negro un orbe como la Tierra pero mucho más denso?
- ¿Cuál es el diámetro típico (aproximadamente) de la singularidad del anillo en el centro de un agujero negro supermasivo giratorio?
- ¿Cómo sabemos que incluso la luz no puede escapar de un agujero negro?
Pero en la década de 1970 se descubrió una potente fuente de rayos X, llamada Cygnus X-1 ; Está a unos 6000 años luz de nosotros. Esta fuente parpadeaba cada centésima de segundo. Las observaciones sugirieron que cada parte de la fuente cambia su brillo al mismo tiempo. Eso solo puede suceder si la fuente es lo suficientemente pequeña como para que alguna influencia viaje de una parte a otra, para mantener el parpadeo sincronizado, en aproximadamente una centésima de segundo. Esto implicaba que Cygnus X-1 debe ser menor que 1/100 de segundo de luz; es decir, más pequeño que el tamaño de la Tierra. La masa se estimó en unas 15 masas solares. (A medida que el material cae en un agujero negro, se acelera a velocidades enormes y el material se calienta. El material se calienta lo suficiente como para emitir los rayos X intensos que se observan).
En general, la gravedad trabaja para comprimir una estrella, empujarla hacia adentro y tratar de hacerla colapsar. Cuando la fusión nuclear tiene lugar en el núcleo de una estrella, esa presión de radiación externa equilibra la fuerza gravitacional interna, sosteniéndola y manteniendo la estrella estable. Incluso cuando se agota la fusión nuclear, resiste el colapso total. En una estrella como nuestro Sol, cuando la fusión nuclear llega a su fin, el núcleo se reducirá aproximadamente al tamaño de la Tierra, pero no más, ya que los átomos llegarán a un punto donde ya no se pueden compactar. Esto se debe a que las partículas cuánticas requieren mucha más fuerza para ser comprimidas.
Aparentemente, existe cierta confusión sobre cuál debería ser la masa mínima de una estrella para convertirse en un agujero negro. Cuando escribí que solo las estrellas masivas, entre 10 y 15 masas solares, pueden convertirse en agujeros negros, hubo comentarios que señalaban que incluso las estrellas de 3 masas solares pueden convertirse en agujeros negros y recientemente leí que alguien había declarado que una estrella de 1,40 solar las masas pueden convertirse en un agujero negro. Permítanme aclararlo para que no haya más confusión.
Una estrella de una masa solar, como el Sol, termina su vida como un ENANO BLANCO . Cuando el hidrógeno se agota por completo, el Sol no puede seguir fusionando el helio, pero el núcleo de helio se calentará tanto que comenzará a fusionarse en carbono, eventualmente explotando en lo que se conoce como un “destello de helio” : aproximadamente el 45% del La masa de la estrella escapará de esta manera. El 55% restante de la masa pronto se comprime en el núcleo ultradenso al rojo vivo: una enana blanca.
Una estrella de, digamos, 10 masas solares puede terminar su vida como una ESTRELLA DE NEUTRÓN : los protones y los electrones se funden esencialmente entre sí para formar neutrones. Cuando una estrella tan masiva se queda sin combustible de hidrógeno en el núcleo, pasaría a convertir átomos de helio, produciendo carbono, y cuando el helio se agota, convierte átomos de carbono en oxígeno, y cuando el carbono se agota, fusiona átomos de oxígeno en neón, y luego magnesio, y silicio, níquel. Este proceso continuaría, con la estrella consumiendo combustible más pesado y más pesado en capas concéntricas. Cada capa llevaría menos tiempo que la anterior, hasta el níquel, lo que probablemente demore solo un día en quemarse.
Imagen cortesía de: Core-collapse | COSMOS
Las estrellas cuyos núcleos estelares son superiores a 1,40 masas solares pueden desencadenar una onda de choque, explotando las capas externas de la estrella, causando una supernova. Esto se conoce como el LÍMITE DE CHANDRASEKHAR, llamado así por el famoso astrofísico estadounidense. Si el núcleo (la estrella de neutrones) tiene tres masas solares, es lo suficientemente grande como para colapsar en un agujero negro. A medida que las estrellas más masivas colapsan, eventualmente se encogen dentro de su propio radio Schwarzschild, dando lugar a un agujero negro, y desaparecen de la vista para siempre. A partir de entonces, presumiblemente contraen toda su materia en la singularidad.
Para resumir: una estrella termina su vida como una enana blanca. Si la enana blanca tiene más de 1,40 masas solares, se convierte en una estrella de neutrones. Si la estrella de neutrones tiene más de 3 masas solares, se convierte en un agujero negro. Por lo tanto, cuando digo 10 a 15 masas solares necesarias para hacer un agujero negro, lo que se entiende es la masa de la estrella original; porque solo entonces puede dejar un núcleo de más de 3 masas solares. Y cuando otros dicen que una estrella de 3 masas solares hará un agujero negro, lo que se entiende es el tamaño del núcleo de la estrella.
Se dice comúnmente que “la velocidad de escape de un agujero negro es mayor que la velocidad de la luz” , porque la luz no puede escapar de un agujero negro. Este es otro concepto erróneo. Un agujero negro se define como una región del espacio que tiene un campo gravitacional tan intenso que no puede escapar la materia o la radiación. En otras palabras, incluso la luz no puede escapar. Sin embargo, la luz no se ‘detiene’ ni se detiene por la inmensa gravedad de los agujeros negros. Recuerde, la luz siempre viaja en línea recta a una velocidad constante de 299,792 kilómetros por segundo y no se puede detener ni detener. A medida que el núcleo colapsa, su gravedad aumenta. En algún momento, si el núcleo es lo suficientemente masivo (aproximadamente 3 veces la masa del Sol) , y la gravedad se vuelve tan fuerte que justo en la superficie del núcleo colapsante, incluso la luz no puede escapar. Lo que sucede es que la gravedad del agujero negro es tan fuerte que el espacio-tiempo está severamente distorsionado y curvado en una esfera, con el resultado, la luz simplemente sigue la curvatura y orbita alrededor del agujero negro. Hay una región alrededor de un agujero negro conocida como “esfera de fotones” donde los fotones se ven obligados a viajar en una órbita. Como ‘nada’ puede escapar de un agujero negro, un agujero negro no tiene una velocidad de escape. Período.
Según la teoría, dentro de un agujero negro hay algo conocido como singularidad. Una singularidad ocurre cuando toda la materia en una estrella moribunda se compacta en el volumen mínimo. Es comúnmente conocido como una singularidad gravitacional, un punto unidimensional que contiene una gran masa en un espacio infinitamente pequeño, donde la densidad y la gravedad se vuelven infinitas y las curvas espacio-temporales infinitamente, y donde las leyes de la física tal como las conocemos dejan de funcionar. En algún momento, el núcleo colapsante será más pequeño que un electrón. Eventualmente alcanzará un tamaño llamado Longitud de Planck, una unidad tan pequeña que es una especie de límite de tamaño cuántico: 10 ^ -35 metros. Si un objeto se vuelve más pequeño que esto, literalmente no podemos saber mucho sobre él con certeza. Por lo tanto, no es infinito. La palabra ‘infinito’ se usa solo para denotar algo que no se puede medir, un número mayor que cualquier cantidad asignable o número contable.
(Según la relatividad general, los núcleos de los agujeros negros tienen literalmente un radio cero, pero la mecánica cuántica dice algo completamente diferente. Incluso las cosas que llamamos “partículas” no pueden ser arbitrariamente pequeñas. Aunque la relatividad general no tiene un límite superior de cuánto puede comprimir la materia, las teorías de la gravedad cuántica podrían decir que no se puede comprimir más allá de la densidad de Planck. Propone que, en lugar de colapsar en una singularidad, la materia dentro de un agujero negro colapsará hasta que tenga un tamaño de una billonésima parte de un metro. En ese punto, su densidad estaría en el orden de la densidad de Planck).
¿Por qué se supone que los agujeros negros tienen un radio cero?
Sin embargo, la singularidad de un agujero negro permanece oculta detrás de su horizonte de eventos, ya que siempre está rodeada por un área que no permite que la luz escape y, por lo tanto, no se puede observar directamente. Es por eso que hay teorías extrañas sobre lo que hay dentro de un agujero negro, como otros universos, agujeros de gusano, etc., pero la respuesta corta es que los científicos no lo saben. Los científicos han descubierto lo que sucede fuera del agujero negro que se acerca a su horizonte de eventos, el punto de no retorno.
