Un agujero negro es una región en el espacio con tanta gravedad que ni siquiera la luz, la cosa más rápida del Universo, puede escapar, de ahí su nombre: “agujero negro”. Debido a que no emite ni refleja ninguna luz, no es visible incluso para los mejores y más potentes telescopios del mundo.
En el corazón de un agujero negro hay un objeto llamado singularidad, generalmente definido como un punto de tamaño cero y densidad infinita. Sin embargo, en realidad, ‘tamaño cero’ no es tamaño o ‘nada’ y el infinito es solo un concepto abstracto en matemáticas. Por lo tanto, podemos suponer que la definición común es solo para enfatizar que el volumen de la singularidad es lo mínimo que podemos imaginar, y la densidad es lo máximo que podemos imaginar, algo inconmensurable.
¿Qué es una singularidad?
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¿Qué significa cuando se dice que la luz no puede escapar de un agujero negro? Piense en un cohete enviado directamente en el aire. A medida que sube se ralentizará por la fuerza de la gravedad, y después de escalar un poco, volverá a la Tierra. Pero si la velocidad es lo suficientemente alta, seguirá subiendo hasta que escape del tirón gravitacional de la Tierra y entre en el “espacio exterior”. La velocidad necesaria para que escape al espacio se conoce como ‘velocidad de escape’ y para la Tierra es de 12 kilómetros por segundo o 43.200 kilómetros por hora. En otras palabras, si algún objeto es enviado desde la Tierra a una velocidad mínima de 12 km por segundo, escapará del tirón gravitacional de la Tierra.
Velocidad de escape
La velocidad de escape se aplica a todos los objetos masivos del Universo, ya sea un planeta, una estrella, una galaxia, lo que sea, y la velocidad depende de la masa total del objeto. La velocidad de escape del Sol, por ejemplo, es de 618 km por segundo y la de Júpiter es de 60 km por segundo, la velocidad de escape de la Luna es de 2.50 km por segundo y así sucesivamente. Como puede ver, si la masa es alta, la velocidad de escape también es alta.
Estoy seguro de que sabe que la velocidad de la luz es máxima en el Universo, a 299,792.45 km por segundo, pero incluso esta alta velocidad no es suficiente para escapar de un agujero negro. Baste decir que nada puede escapar de un agujero negro, ni siquiera la luz.
Los agujeros negros se forman cuando ciertas estrellas llegan al final de sus vidas. Las estrellas son masivas y, debido a su enorme masa, tienen una fuerza gravitacional increíble.
Las estrellas son estables porque la presión de la gravedad debido a su masa controla la presión externa causada por su temperatura extrema. Sin embargo, al final de la vida de una estrella, es decir, cuando se agota todo el combustible para la fusión nuclear, comienza a enfriarse, y cuando la fuerza de gravedad de una estrella es mayor que la presión exterior causada por su temperatura, entonces la estrella se derrumba debido a su propia gravedad, arrastrando toda su masa hacia adentro a un punto central. Este punto se hace cada vez más pequeño y más denso y más denso hasta que toda la masa de la estrella se compacta en un pequeño volumen de espacio.
¿Qué es la fusión?
No todas las estrellas se convierten en agujeros negros. Por ejemplo, cuando el Sol llega al final de su vida útil, después de usar todo el hidrógeno y el helio, arroja la capa exterior de gas en una explosión, dejando atrás un núcleo de carbón que brilla intensamente, se convierte en una enana blanca. No hay suficientes restos de masa para continuar la fusión del carbono.
Enanas blancas
Si una estrella de 10 a 15 veces la masa del Sol llega al final de su vida, continúa fusionando carbono en neón y neón en oxígeno, oxígeno en silicio y finalmente silicio en hierro. Dado que no se puede producir suficiente energía fusionando hierro, la fusión nuclear de la estrella se detiene, y si este núcleo es más de 1.40 veces la masa solar, arroja su capa exterior de gas en una explosión de supernova, dejando una estrella de neutrones. El límite de masa solar de 1.40 para convertirse en una supernova se conoce como el ‘límite de Chandrasekhar’.
Muerte estelar
Finalmente, si el núcleo de hierro, la estrella de neutrones, que queda después de una explosión de supernova es más de 3 veces la masa solar, entonces se colapsa debido a su propia gravedad y se convierte en un agujero negro. ¡Imagínese, una masa igual a tres veces la masa del Sol (el 98% de la masa de todo el sistema solar es el Sol) comprimida en un volumen más pequeño imaginable!
En teoría, cualquier objeto puede convertirse en un agujero negro. El ‘límite’ que define la región del espacio alrededor de la singularidad de la que nada puede escapar se conoce como el ‘horizonte de eventos’.
Horizonte de eventos
Se llama así porque es imposible observar cualquier ‘evento’ que tenga lugar dentro de esta región; en pocas palabras, es un ‘horizonte’ más allá del cual no podemos ver. En teoría, cualquier masa puede comprimirse lo suficiente como para formar un agujero negro. El único requisito es que su tamaño físico debe ser menor que el radio del horizonte de eventos. Por ejemplo, en teoría, el Sol se convertiría en un agujero negro si su masa estuviera contenida dentro de una esfera de unos 3 km de diámetro.
El radio de un horizonte de eventos que rodea un agujero negro se conoce como el Radio Schwarzchild. Cualquier objeto con un radio físico más pequeño que su radio Schwarzschild será un agujero negro.
Lectura adicional: agujeros negros: hechos, teoría y definición