¿Por qué existen los agujeros negros y cómo se hacen?

Según Wikipedia, “un agujero negro es una región del espacio-tiempo que exhibe efectos gravitacionales tan fuertes que nada, ni siquiera partículas y radiación electromagnética como la luz, puede escapar de su interior”.

La teoría de la relatividad general predice que una masa suficientemente compacta puede deformar el espacio-tiempo para formar 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.

Toda estrella muere con supernova.

Cuando la estrella se queda sin hidrógeno, comienza a fusionar elementos más pesados, el colapso del núcleo, cuando esto sucede, se produce una explosión nuclear que se conoce como supernova .

Pero, las estrellas 3 o más veces más pesadas que nuestro sol pasan por otro proceso. Si el núcleo restante está entre 1 y media a 3 masas solares (nuestra masa solar) se contrae para formar una estrella de neutrones . Si el núcleo restante tiene más de 3 masas solares, se contrae para formar un agujero negro .

El núcleo es seguir contrayéndose más allá de su horizonte de eventos y hacer la singularidad en su centro. Singularidad significa donde se concentra una gran cantidad de masa.

Se forma un agujero negro estelar cuando (agujero negro) entró en contacto con otra estrella, un dado de gas gira alrededor del negro.

Espero que esto te ayude a aclarar un poco las cosas.

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Varios carteles han dicho que existen agujeros negros debido al colapso de estrellas. Pero hay otras formas en que pueden formarse los agujeros negros: nubes de gas de baja metalicidad en el Universo temprano implosionando, fluctuaciones de densidad de la fusión del Big Bang …
La verdadera razón por la que existen los agujeros negros es mucho más profunda que eso: es porque la gravedad no es lineal.
Generalmente, cuando aumenta una cantidad, esperamos que las otras cantidades que dependen de ella aumenten de manera similar. Esto es linealidad. La fuerza electromagnética es muy lineal.
La gravedad es altamente no lineal. Cuando la densidad de masa es baja, la gravedad es mucho más débil que otras fuerzas, como la fuerza electromagnética. Pero a altas densidades, la fuerza de la gravedad aumenta mucho más rápidamente que otras fuerzas, porque es no lineal. Crea un proceso desbocado, en el que la energía del campo gravitacional crea más gravedad …
Esto es lo que permite que cosas como las estrellas y las nubes de gas y las fluctuaciones de densidad colapsen en agujeros negros. Le da a la gravedad la capacidad de abrumar a todas las demás fuerzas.
En cuanto a si se necesitan agujeros negros … realmente no lo sabemos. Sabemos que existe una estrecha relación entre las galaxias y los agujeros negros supermasivos en sus centros. Sin embargo, no sabemos por qué es así. Podría ser que los agujeros fueran las semillas alrededor de las cuales se separaron las galaxias de carbón. O tal vez se formaron como un efecto secundario de la formación de las galaxias.
Algunos han planteado la hipótesis de que la radiación de la acumulación sobre estos agujeros negros podría regular la formación de estrellas, y sin ella, las galaxias no serían habitables.
Por otro lado, quizás los agujeros negros supermasivos nos duelen más de lo que ayudan. Puede que no sea una coincidencia que la galaxia en la que vivimos tenga un agujero negro supermasivo inusualmente pequeño que no aumenta mucho.
Sinceramente, no lo sabemos, y no estoy seguro de si alguna vez lo haremos. A menos que encontremos una manera de restablecer la evolución galáctica y eliminar la influencia de los agujeros negros, luego observemos cómo se desarrolla la vida, realmente no podemos decir si son necesarios o no.