Todo se debe a lo implacable que es la fuerza de la gravedad.
Los agujeros negros se originan a partir de estrellas masivas. Las estrellas son estructuras en las que dos fuerzas están en equilibrio: en un lado tienes la gravedad que une el gas, en el otro tienes el gas tratando de expandirse debido al calor. Lo que sucede cuando intentas comprimir un gas es que su temperatura aumenta y, como consecuencia, el gas quiere expandirse y dispersarse. En una estrella hay tanto gas y, en consecuencia, tanta gravedad que lo une, que el gas se calienta a temperaturas lo suficientemente altas como para causar fusión nuclear, lo que a su vez elevará las temperaturas aún más. Es el escenario más cercano que puedo imaginar a la cita del Joker “Esto es lo que sucede cuando una fuerza imparable se encuentra con un objeto inamovible”.
Entonces, ¿cuánto dura este estado de equilibrio? Dura hasta que haya combustible en la masa de gas para impulsar el proceso de fusión nuclear. Una vez que la estrella se queda sin eso, ya no son posibles las temperaturas necesarias para que el gas contrarreste la fuerza de gravedad atractiva. Entonces la gravedad gana. La estrella se derrumba y “muere”.
- ¿Cuál es la diferencia entre un agujero negro y un agujero de gusano? Amablemente elaborado en términos simples.
- Usando lentes gravitacionales, ¿podría arrojarse luz hacia nosotros como un boomerang usando una serie de agujeros negros supermasivos?
- ¿Sería un agujero negro indistinguible de una estrella extraña a primera vista?
- ¿Es un electrón libre un agujero negro?
- Si viajabas por el espacio, ¿es posible volar hacia un agujero negro y cruzar el horizonte de eventos sin darte cuenta, ya que no puedes verlo?
Las estrellas pueden tener tres posibles destinos una vez que están “muertos”. Si tienen una masa que es inferior al límite de Chandrasekhar (1.4 masas solares), terminan como enanas blancas. La gravedad funciona hasta un punto en el que hay otra fuerza en juego que impide una mayor compresión, llamada presión de degeneración de electrones. En términos simples, puedes imaginar la presión de degeneración como la tendencia de dos partículas a no querer ocupar el mismo punto en el espacio. Pero si una estrella es más masiva que el límite de Chandrasekar, la presión de degeneración de electrones no será suficiente para detener la acción implacable de la gravedad. La compresión continuará hasta que toda la materia que compone la estrella tendrá la misma densidad de núcleos atómicos, y todos los protones y electrones se fusionarán formando neutrones. De ahí el nombre de estos objetos degenerados: estrellas de neutrones. ¿Qué está deteniendo la gravedad en este punto? En las estrellas de neutrones, es la presión de degeneración de neutrones.
La “nebulosa del cangrejo”, el remanente de una explosión de supernova. Hay una estrella de neutrones en su centro.
Pero, ¿qué sucede si la estrella tiene suficiente masa para que su gravedad sea más fuerte que la presión de degeneración de neutrones? Estas son estrellas que necesitan ser al menos 3 veces más masivas que nuestro Sol (no es una cifra exacta, algunas lo sitúan en 2.7 y otras en 3.2), pero deben tener toda esta masa restante DESPUÉS de que inevitablemente hayan expulsado su exterior. capa en la explosión de supernova. Si una estrella que es exactamente 3 veces más masiva que el sol se convierte en supernova, el núcleo restante seguirá formando una estrella de neutrones, porque la capa externa perdida no contribuirá a la masa del objeto degenerado. Pero tomemos por ejemplo la Pistol Star, con sus 27 masas solares. Seguramente explotará catastróficamente al final de su vida, perdiendo tal vez varias masas solares, pero retendrá lo suficiente como para mantenerse por encima del límite de 3 soles (este se llama límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV)).
Tal masa de masa posee tanta gravedad que, una vez que ya no puede mantener la fusión nuclear, no hay fuerza conocida en el Universo que pueda detener su colapso en algún momento. El objeto se vuelve tan denso que su velocidad de escape supera la velocidad de la luz, y como resultado tenemos algo perennemente oculto a la vista: la singularidad de un agujero negro.
Un agujero negro es algo gracioso. Una propiedad interesante (entre muchas otras) sobre ellos es que no tienen geografía. Lo que esto significa es que, una vez que conoce un agujero negro, conoce la masa, la carga eléctrica y la velocidad a la que gira, no hay otra característica que conocer. Dos agujeros negros en los que estos tres parámetros son iguales son idénticos. Incluso las estrellas de neutrones podrían diferenciarse unas de otras porque podrían tener una capa externa delgada en la que algunos electrones y protones han sobrevivido y formado una especie de “atmósfera”. Los agujeros negros no, no tienen características en absoluto.
Hasta ahora no he mencionado la energía oscura porque no está relacionada de ninguna manera con el factor de compresión de los agujeros negros. La energía oscura es un nombre que le hemos dado a algo (que no sabemos) que es responsable de una propiedad interesante del Universo: el Universo se está expandiendo debido al Big Bang, pero esta expansión no solo no se está desacelerando, En realidad está acelerando. La energía oscura es esta “cosa” que hace que el Universo se expanda a un ritmo cada vez mayor. Sin embargo, no tendríamos forma de medir su efecto en escalas mucho más pequeñas que muchos miles de millones de años luz, por lo que no es algo que tenga un efecto en una estrella en colapso. Y, si lo piensa, incluso si pudiera, sería exactamente lo contrario. Porque es una fuerza repulsiva.
Me gustaría agregar una cosa más, para abordar la primera oración de su pregunta, “si existen agujeros negros”. Hay muy pocas dudas en este momento de que existen agujeros negros, porque hemos observado una tonelada de fenómenos en el Universo que solo pueden explicarse por los agujeros negros. Incluyendo una serie de estrellas en el centro de nuestra galaxia, todas en órbita alrededor de una región del espacio completamente vacía exactamente a la velocidad que necesitarían para orbitar un agujero negro exactamente de la masa que predijimos. Alguien ha llamado a esto la “pistola humeante” por su existencia. Y tenemos un video basado en datos reales.
