Un agujero negro es cualquier cosa menos espacio vacío. Más bien, es una gran cantidad de materia empaquetada en un área muy pequeña; piense en una estrella diez veces más masiva que el Sol apretado en una esfera de aproximadamente el diámetro de la ciudad de Nueva York. El resultado es un campo gravitacional tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. En los últimos años, los instrumentos de la NASA han pintado una nueva imagen de estos objetos extraños que son, para muchos, los objetos más fascinantes del espacio.
Aunque el término no fue acuñado hasta 1967 por el físico de Princeton John Wheeler, la idea de un objeto en el espacio tan masivo y denso que la luz no pudo escapar ha existido durante siglos. Lo más famoso es que los agujeros negros fueron predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein, que mostró que cuando una estrella masiva muere, deja un núcleo remanente pequeño y denso. Si la masa del núcleo es más de tres veces la masa del Sol, según las ecuaciones, la fuerza de la gravedad supera a todas las demás fuerzas y produce un agujero negro.
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Los científicos no pueden observar directamente los agujeros negros con telescopios que detectan rayos X, luz u otras formas de radiación electromagnética. Sin embargo, podemos inferir la presencia de agujeros negros y estudiarlos detectando su efecto sobre otra materia cercana. Si un agujero negro pasa a través de una nube de materia interestelar, por ejemplo, atraerá la materia hacia adentro en un proceso conocido como acreción. Un proceso similar puede ocurrir si una estrella normal pasa cerca de un agujero negro. En este caso, el agujero negro puede desgarrar la estrella a medida que la atrae hacia sí misma. A medida que la materia atraída se acelera y se calienta, emite rayos X que se irradian al espacio. Los descubrimientos recientes ofrecen algunas pruebas tentadoras de que los agujeros negros tienen una influencia dramática en los vecindarios que los rodean: emiten potentes explosiones de rayos gamma, devoran estrellas cercanas y estimulan el crecimiento de nuevas estrellas en algunas áreas mientras las detienen en otras.
One Star’s End es el comienzo de un agujero negro
La mayoría de los agujeros negros se forman a partir de los restos de una gran estrella que muere en una explosión de supernova. (Las estrellas más pequeñas se convierten en densas estrellas de neutrones, que no son lo suficientemente masivas como para atrapar la luz). Si la masa total de la estrella es lo suficientemente grande (aproximadamente tres veces la masa del Sol), se puede demostrar teóricamente que ninguna fuerza puede retener la luz. estrella de colapsar bajo la influencia de la gravedad. Sin embargo, cuando la estrella colapsa, ocurre algo extraño. A medida que la superficie de la estrella se acerca a una superficie imaginaria llamada “horizonte de eventos”, el tiempo en la estrella se ralentiza en relación con el tiempo que mantienen los observadores a lo lejos. Cuando la superficie alcanza el horizonte de eventos, el tiempo se detiene y la estrella ya no puede colapsar: es un objeto colapsando congelado.
Incluso los agujeros negros más grandes pueden resultar de colisiones estelares. Poco después de su lanzamiento en diciembre de 2004, el telescopio Swift de la NASA observó los poderosos y fugaces destellos de luz conocidos como estallidos de rayos gamma. Chandra y el telescopio espacial Hubble de la NASA luego recolectaron datos del “resplandor posterior” del evento, y juntas las observaciones llevaron a los astrónomos a concluir que las poderosas explosiones pueden producirse cuando un agujero negro y una estrella de neutrones colisionan, produciendo otro agujero negro.
Bebés y Gigantes
Aunque se entiende el proceso básico de formación, un misterio perenne en la ciencia de los agujeros negros es que parecen existir en dos escalas radicalmente diferentes. Por un lado, están los innumerables agujeros negros que son los restos de estrellas masivas. Salpicados por todo el Universo, estos agujeros negros de “masa estelar” son generalmente de 10 a 24 veces más grandes que el Sol. Los astrónomos los ven cuando otra estrella se acerca lo suficiente como para que parte de la materia que la rodea sea atrapada por la gravedad del agujero negro, produciendo rayos X en el proceso. Sin embargo, la mayoría de los agujeros negros estelares llevan vidas aisladas y son imposibles de detectar. Sin embargo, a juzgar por la cantidad de estrellas lo suficientemente grandes como para producir tales agujeros negros, los científicos estiman que solo hay entre diez y mil millones de agujeros negros en la Vía Láctea.
En el otro extremo del espectro de tamaños se encuentran los gigantes conocidos como agujeros negros “supermasivos”, que son millones, si no miles de millones, de veces tan masivos como el Sol. Los astrónomos creen que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de prácticamente todas las galaxias grandes, incluso nuestra propia Vía Láctea. Los astrónomos pueden detectarlos observando sus efectos sobre las estrellas cercanas y el gas.
Históricamente, los astrónomos siempre han creído que no existen agujeros negros de tamaño mediano. Sin embargo, la evidencia reciente de Chandra, XMM-Newton y Hubble refuerza el caso de que existen agujeros negros de tamaño medio. Un posible mecanismo para la formación de agujeros negros supermasivos implica una reacción en cadena de colisiones de estrellas en cúmulos de estrellas compactas que resulta en la acumulación de estrellas extremadamente masivas, que luego colapsan para formar agujeros negros de masa intermedia. Los cúmulos estelares se hunden hasta el centro de la galaxia, donde los agujeros negros de masa intermedia se fusionan para formar un agujero negro supermasivo.
