Las estrellas que pasan por una explosión de supernova pueden convertirse o no en un agujero negro. Si la masa de la estrella es casi menos de 2.5 veces el sol, se convertirá en una estrella de neutrones, pero si la estrella tiene una masa de más de 2.5 veces el sol, probablemente comenzará a colapsarse en un punto infinitesimal llamado singularidad y formará un agujero negro.
Las estrellas son sostenidas por las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en sus núcleos. Para las estrellas en la secuencia principal, como nuestro propio Sol, esto implica principalmente peinar hidrógeno para formar helio. La energía que producen estas reacciones es suficiente para soportar su masa contra su propia gravedad.
Cuando una estrella se queda sin combustible, puede expandirse y comenzar a formar elementos más pesados como el carbono y el hierro (la mayor parte de la materia en nuestro sistema solar proviene de fuentes extrasolares). Una vez que finalmente agote todo su combustible, comenzará a colapsar. Es aquí donde las estrellas comienzan a experimentar diferentes destinos.
- ¿Por qué la luz se dobla cuando se acerca a un agujero negro?
- Si la radiación de Hawking no existiera, ¿significaría que los agujeros negros existirían para siempre?
- ¿Cómo defenderías la afirmación de que los agujeros negros no se evaporan?
- ¿Existen agujeros blancos?
- ¿Por qué un agujero negro es negro si atrae tanta luz?
Nuestro propio sol colapsará hasta convertirse en una enana blanca, en este punto el principio de exclusión de Pauli mantiene los electrones en la estrella lo suficientemente separados para resistir un colapso adicional: esta energía se llama ‘degeneración de electrones’.
Las estrellas mayores de 1,4 veces la masa del Sol (llamado límite de Chandrasekhar después del físico indio que lo descubrió en su camino a Inglaterra) tenderán a explotar en una supernova que arroja gran parte de su masa. Quedará un pequeño núcleo central y, como estrellas más pequeñas, colapsará solo que esta vez la degeneración de electrones no será suficiente para soportar la masa de la estrella contra su colapso gravitacional y continuará reduciéndose hasta convertirse en una pequeña, pero enormemente masiva, estrella de neutrones sostenida juntos por degeneración de neutrones.
Si la degeneración de neutrones no es suficiente para resistir el colapso de la estrella, continuará reduciéndose hasta que la materia se comprima en un punto infinitamente pequeño e infinitamente denso llamado singularidad. Este es el centro de un agujero negro.
Respondido por: Edward Rayne, estudiante de pregrado de física, Cambridge, Reino Unido
La vida útil de una estrella y su estado final están determinados por la masa de la estrella. Todas las estrellas, hasta donde sabemos, están bajo dos fuerzas básicas, la de la gravedad y la de la presión interna formada por la fusión del hidrógeno en helio. La gravedad actúa como una fuente de energía que crea un calor y una presión tremendos dentro de una estrella y comienza el proceso de fusión que produce cantidades masivas de calor y energía que la hacen brillar e intenta alejar los gases de la estrella hasta encontrar el equilibrio.
Cuando la mayor parte del hidrógeno se fusiona en helio, la fusión se detiene y la gravedad vuelve a tomar el control. La estrella comienza a colapsar sin la energía de la fusión. Lo que sucede después en la vida de una estrella depende de su masa. Para una estrella de baja masa (más pequeña que nuestro sol), la gravedad no es lo suficientemente fuerte como para comenzar la fusión nuevamente y la ceniza quemada se convierte en una enana marrón y, finalmente, en un cuerpo frío y muerto en el espacio.
Para las estrellas cercanas a la masa del sol, la fuerza gravitacional es lo suficientemente grande como para apretar el centro y calentarlo lo suficiente como para que la estrella comience a fusionar helio con otros elementos ligeros. Esta renovación de energía hace que la estrella se hinche en un gigante rojo y arroje algunas de las capas externas al espacio como una nebulosa planetaria. Cuando nuestro sol se convierta en un gigante rojo (en unos 5 mil millones de años), la órbita de Marte estará dentro del sol. Después de que la estrella termina de fusionar todo lo que puede, la gravedad nuevamente toma el control y comienza a apretar los átomos cada vez más fuerte hasta que las fuerzas repulsivas de las capas de electrones alrededor de los átomos equilibran la fuerza de la gravedad y la estrella se equilibra como una enana blanca con un gran densidad (1 cucharadita pesaría varias toneladas). Esta estrella eventualmente se enfriará y se desplazará por el espacio como una ceniza fría y quemada.
Estrellas mayores de dos veces y media la masa del sol, su destino es aún más exótico. La fuerza de gravedad es lo suficientemente grande como para producir hierro en el centro de la estrella a partir de la fusión. El hierro es la sustancia más pesada que una estrella puede hacer en su vida porque los elementos más pesados requieren más energía para fusionarse de lo que se liberan, por lo que la estrella se derrumba. Para las estrellas masivas, este colapso es tan violento que causa una explosión enorme y catastrófica conocida como supernova. Es en estas explosiones que se producen todos los elementos más pesados que el hierro. Se ha dicho que estamos hechos de polvo de estrellas. Las supernovas son tan brillantes que se han visto otras cercanas incluso durante el día durante la Edad Media. El destino final de la estrella después de una supernova depende de la cantidad de masa que queda en el núcleo después de la explosión. Algunas de las estrellas todavía son lo suficientemente masivas como para superar la repulsión eléctrica de las capas de electrones y aplastar los electrones en el núcleo de los átomos, cancelando así la carga positiva de los protones hasta que la fuerza de la gravedad se equilibre con la fuerza de los neutrones que presionan uno contra el otro y se forma una estrella de neutrones. El material de esta estrella pesa aún más que el material de una enana blanca. Si una estrella es aún más masiva que la que forma una estrella de neutrones, pasa por el mismo proceso de creación de una supernova, pero la fuerza de gravedad es tan grande debido a la cantidad de masa involucrada, que los neutrones no pueden detener el colapso de la estrella que continúa siendo presionada en un espacio cada vez más pequeño hasta que la gravedad de la estrella puede atrapar la luz dentro de lo que se conoce como el ‘horizonte de eventos’ que crea un agujero negro. Para darle una idea de la densidad de un agujero negro, si quisiéramos comprimir la tierra lo suficiente como para crear un agujero negro, toda la masa de la tierra tendría que caber en la palma de su mano, y desgarraría su cuerpo y atraerlo hacia adentro, agregando más masa al agujero.
Los agujeros negros se detectan al encontrar los que están cerca de otras estrellas y observar la radiación (principalmente rayos X) emitida por la materia que cae dentro de ella antes de que se cruce el horizonte de eventos. Visite el sitio del telescopio de rayos X Chandra para ver imágenes de rayos X de posibles agujeros negros.
La clave del rompecabezas es la gravedad, que está determinada por la masa. Puede haber otros mecanismos para formar un agujero negro, pero este es el proceso estelar general para la formación de estos objetos.
