¿Cuándo se convierte una estrella en un agujero negro?

En una palabra:

Las estrellas están en una batalla constante entre la fuerza de la gravedad tratando de llevarlas a una forma más compacta y la presión externa de la energía producida por la fusión nuclear. El tamaño de una estrella está más o menos determinado cuando estas dos fuerzas están en equilibrio y se equilibran entre sí.

En estrellas muy masivas, el hierro se acumula en el núcleo como un subproducto de sucesivas reacciones de fusión nuclear. Pero sucede algo extraño cuando se acumula hierro: no se puede hacer que el hierro se fusione en elementos más pesados ​​a través de los mismos procesos que mantienen en funcionamiento una estrella. Entonces, esta gran bola de hierro se acumula en el núcleo de la estrella, y eventualmente llega un punto en el que hay demasiado, básicamente cierra la fusión que ocurre en el núcleo. Sin fusión, ya no hay ninguna fuerza externa para resistir la gravedad y se hace cargo, aplastando el núcleo de la estrella hacia adentro.

Hay ciertos pasos en el camino para convertirse en un agujero negro. Cuando intentas aplastar la materia, ciertas fuerzas intentan evitar que se comprima. Por ejemplo, incluso si aplastas toda la materia lo suficientemente fuerte como para forzar a los electrones a ser capturados por los protones y convertir todo en neutrones, esos neutrones se resistirán a ser aplastados juntos, piensa en ello como un gran frasco de canicas que están juntas tan fuerte como puedas conseguirlos. Bajo su fuerza humana, no puede forzar estas canicas más juntas. Este tipo de situación en la vida real da como resultado una estrella de neutrones.

Pero con nuestra jarra de canicas, si tuviera algo realmente fuerte, como una prensa hidráulica, podría romper las canicas y comprimirlas aún más en un bloque de polvo de vidrio. En la vida real, necesitas aún más masa para crear aún más gravedad, y si tienes suficiente, incluso los neutrones en sí mismos no pueden soportar esa presión aplastante. Las fuerzas que normalmente los mantendrían separados están abrumados, y todo esto básicamente termina siendo aplastado en un punto pequeño, una singularidad: un agujero negro.

Un tipo común de agujero negro es producido por ciertas estrellas moribundas. Una estrella con una masa mayor de aproximadamente 20 veces la masa de nuestro Sol puede producir un agujero negro al final de su vida.

En la vida normal de una estrella hay un tira y afloja constante entre la fuerza de gravedad y la presión de empuje. Las reacciones nucleares en el núcleo de la estrella producen suficiente energía y presión para empujar hacia afuera. Durante la mayor parte de la vida de una estrella, la gravedad y la presión se equilibran exactamente entre sí, por lo que la estrella es estable. Sin embargo, cuando una estrella se queda sin combustible nuclear, la gravedad toma ventaja y el material en el núcleo se comprime aún más. Cuanto más masivo es el núcleo de la estrella, mayor es la fuerza de gravedad que comprime el material y lo colapsa bajo su propio peso.

Para las estrellas pequeñas, cuando el combustible nuclear se agota y no hay más reacciones nucleares para combatir la gravedad, las fuerzas repulsivas entre los electrones dentro de la estrella eventualmente crean suficiente presión para detener el colapso gravitacional. La estrella luego se enfría y muere pacíficamente. Este tipo de estrella se llama “enana blanca”.

Cuando una estrella muy masiva agota su combustible nuclear, explota como una supernova. Las partes externas de la estrella son expulsadas violentamente al espacio, mientras que el núcleo se colapsa por completo bajo su propio peso.

Si el núcleo que queda después de la supernova es muy masivo (más de 2.5 veces la masa del Sol), ninguna fuerza repulsiva conocida dentro de una estrella puede retroceder lo suficiente como para evitar que la gravedad colapse completamente el núcleo en un agujero negro.

Desde la perspectiva de la estrella colapsada, el núcleo se compacta en un punto matemático con un volumen prácticamente cero, donde se dice que tiene una densidad infinita. Esto se llama singularidad.

Cuando esto sucede, se requeriría una velocidad mayor que la velocidad de la luz para escapar de la gravedad del objeto. Como ningún objeto puede alcanzar una velocidad más rápida que la luz, no puede escapar la materia ni la radiación. Cualquier cosa, incluida la luz, que pase dentro del límite del agujero negro, llamado “horizonte de eventos”, queda atrapada para siempre.

Fuente: Google.

Todas las estrellas no se convertirán en un agujero negro. Las estrellas con una masa igual a 8 o más masas solares solo se convertirán en un agujero negro. La fusión de hidrógeno produce helio. Esto continúa hasta que se alcanza el hierro. En esa etapa no producirá energía nerviosa. Sufrirá un colapso gravitacional y las capas externas se volarán y terminarán en supernova. Luego se convertirá en una estrella de neutrones o un agujero negro según su masa.

Se espera que el proceso de formación primaria para los agujeros negros sea el colapso gravitacional de objetos pesados ​​como las estrellas, pero también hay procesos más exóticos que pueden conducir a la producción de agujeros negros.

El colapso gravitacional ocurre cuando la presión interna de un objeto es insuficiente para resistir la propia gravedad del objeto. Para las estrellas, esto generalmente ocurre porque una estrella tiene muy poco “combustible” para mantener su temperatura a través de la nucleosíntesis estelar, o porque una estrella que hubiera sido estable recibe materia adicional de una manera que no eleva su temperatura central. En cualquier caso, la temperatura de la estrella ya no es lo suficientemente alta como para evitar que se colapse por su propio peso.

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