Un agujero negro es un fenómeno espacial de proporciones extremadamente altas (generalmente más grande que el sol) y con masa extremadamente compacto, lo que da como resultado un campo gravitacional tan fuerte que no hay partículas ni radiación logra salir.
Dado que incluso la luz es absorbida, la presencia de un agujero negro se evidencia por las consecuencias gravitacionales observables. en su entorno, especialmente por los cambios de órbita de los cuerpos celestes cercanos, que comienzan a ser atraídos por el agujero negro.
Además, los astrónomos y científicos afirman que un agujero negro puede ser observable debido a su emisión de luz.
Primera imagen de un agujero negro
Primera imagen de un agujero negro de 40 mil millones de kilómetros de diámetro ubicado en la galaxia M87, a 50 millones de años luz de la Tierra. Foto: Evento del telescopio Horizont.
La primera imagen de un agujero negro se publicó en abril de 2019 en una conferencia en Bruselas. Fue encontrado, después de 2 años de observación e investigación, por el proyecto internacional llamado Event Horizon Telescope (EHT), que reúne a casi una docena de radiotelescopios en el mundo, desde Europa hasta el Polo. Sur.
En la imagen, la única parte visible del agujero negro es el círculo dorado, llamado por los astrónomos "horizonte de eventos " (horizonte de eventos en portugués) o "punto sin retorno".
En el centro del horizonte de eventos, hay una densidad de masa incalculable, llamada singularidad. La gravedad de este punto es tan fuerte que ningún objeto circundante puede escapar.
En teoría, solo algo que se mueva más rápido que la velocidad de la luz podría resistir el campo gravitacional de un agujero negro. Por esta razón, no es posible saber con certeza qué sucede con la materia que se succiona.
¿Cómo se forma un agujero negro?
Los agujeros negros se forman a partir de colapsos gravitacionales de cuerpos celestes. Estos fenómenos ocurren cuando la presión interna de un cuerpo (generalmente estrellas) es insuficiente para mantener su propia masa. Entonces, cuando el núcleo de la estrella colapsa debido a la gravedad, el cuerpo celeste explota liberando enormes cantidades de energía en un evento conocido como Super nueva.
Imagen representativa de una supernova.
Durante una supernova, en una fracción de segundo, toda la masa de la estrella se comprime en su núcleo a medida que se mueve hacia el aproximadamente 1/4 de la velocidad de la luz (de hecho, es en este mismo momento cuando los elementos más pesados del universo son creado).
Entonces la explosión dará lugar a un estrella neutrón o, si la estrella es lo suficientemente grande, el resultado será la formación de un agujero negro, cuya cantidad astronómica de masa concentrada crea el campo gravitacional antes mencionado. En él, la velocidad de escape (la velocidad necesaria para que alguna partícula o radiación resista la atracción) debe ser, al menos, mayor que la velocidad de la luz.
¿Qué tan grande es un agujero negro?
Los agujeros negros vienen en diferentes tamaños. Los más pequeños conocidos por la ciencia se denominan agujeros negros primordiales y se cree que son del tamaño de un átomo pero con la masa total de una montaña.
Los agujeros negros medianos (cuya masa es hasta 20 veces la masa total del sol) se denominan estelares. En esta categoría, el agujero negro más pequeño descubierto es 3,8 veces la masa solar.
Los agujeros negros catalogados más grandes se denominan supermasivos, a menudo se encuentran en el centro de las galaxias. Como ejemplo, en el centro de la Vía Láctea está Sagitario A, un agujero negro con una masa equivalente a 4 millones de veces la masa del sol.
Hasta ahora, el agujero negro más grande conocido se llama S50014 + 81, cuya masa es cuarenta mil millones de veces la masa del sol.
Tipos de agujeros negros
El físico teórico alemán Albert Einstein formuló un conjunto de hipótesis relacionadas con la gravitación que sirvieron de base para el surgimiento de la física moderna. Este conjunto de ideas se denominó Teoría de la relatividad general, en el que el científico hizo varias observaciones innovadoras sobre los efectos gravitacionales de los agujeros negros.
Para Einstein, los agujeros negros son "deformaciones en el espacio-tiempo causadas por la enorme cantidad de materia concentrada". Sus teorías promovieron un rápido progreso en el área y permitieron la clasificación de diferentes tipos de agujeros negros:
Agujero negro de Schwarzschild
Los agujeros negros de Schwarzschild son aquellos que no tienen carga eléctrica y tampoco tienen momento angular, es decir, no giran alrededor de su eje.
Agujero negro de Kerr
Los agujeros negros de Kerr no tienen carga eléctrica pero giran alrededor de su eje.
Agujero negro de Reissner-Nordstrom
Los agujeros negros de Reissner-Nordstrom llevan una carga eléctrica pero no giran alrededor de su eje.
Agujero negro de Kerr-Newman
Los agujeros negros de Kerr-Newman llevan una carga eléctrica y giran alrededor de su eje.
En teoría, todo tipo de agujeros negros eventualmente se convierten en agujeros negros de Schwarzschild (estáticos y sin carga) cuando pierden suficiente energía y dejan de girar. Este fenómeno se conoce como Proceso de Penrose. En tales casos, la única forma de diferenciar un agujero negro de Schwarzschild de otro es midiendo su masa.
Estructura de un agujero negro
Los agujeros negros son invisibles ya que su campo gravitacional es ineludible incluso para la luz. Así, un agujero negro tiene la apariencia de una superficie oscura desde la que no se refleja nada y no hay evidencia de lo que sucede con los elementos que son succionados por él. Sin embargo, a partir de la observación de los efectos que causan en su entorno, la ciencia estructura los agujeros negros en horizonte de eventos, singularidad y ergosfera.
Horizonte de eventos
El límite del campo gravitacional del agujero negro desde el cual no se observa nada se llama horizonte de eventos o punto sin retorno.
Representación gráfica de un horizonte de eventos, proporcionada por la NASA, en el que se observa una esfera perfecta desde la que no se emite luz.
A pesar de ser, de hecho, solo consecuencias gravitacionales, el horizonte de eventos se considera parte de la estructura de un agujero negro porque es el comienzo del área observable del fenómeno.
Se sabe que su forma es perfectamente esférica en los agujeros negros estáticos y oblicua en los agujeros negros giratorios.
Debido a dilatación del tiempo gravitacional, la influencia que ejerce la masa del agujero negro sobre el espacio-tiempo hace que el horizonte de eventos, incluso fuera de su rango, tenga los siguientes efectos:
- Para un observador distante, un reloj cerca del horizonte de eventos se movería más lentamente que uno más lejano. Por lo tanto, cualquier objeto que sea succionado por el agujero negro parecería ralentizarse hasta que pareciera estar paralizado en el tiempo.
- Para un observador distante, el objeto que se acerca al horizonte de eventos asumiría un tono rojizo, una consecuencia de fenómeno físico conocido como corrimiento al rojo, ya que la frecuencia de la luz se reduce por el campo gravitacional del agujero negro.
- Desde el punto de vista del objeto, el tiempo pasaría a un ritmo acelerado para todo el universo, mientras que para usted, el tiempo pasaría normalmente.
Singularidad
El punto central de un agujero negro, donde la masa de la estrella se ha concentrado infinitamente, se llama singularidad, de la que se sabe poco. En teoría, la singularidad contiene la masa total de la estrella colapsada, más la masa de todos los cuerpos succionados por el campo gravitacional, pero no tiene volumen ni superficie.
Ergosfera
La ergosfera es una zona que rodea el horizonte de sucesos en agujeros negros giratorios, en la que es imposible que un cuerpo celeste permanezca estacionario.
También de acuerdo con la relatividad de Einstein, cualquier objeto giratorio tiende a arrastrar el espacio-tiempo cerca de él. En un agujero negro en rotación, este efecto es tan fuerte que requeriría que un cuerpo celeste se moviera en la dirección opuesta a una velocidad mayor que la velocidad de la luz para permanecer estacionario.
Es importante no confundir los efectos de la ergosfera con los efectos del horizonte de sucesos. La ergosfera no atrae objetos con el campo gravitacional. Por lo tanto, todo lo que entre en contacto con él solo será desplazado en el espacio-tiempo y solo será atraído si cruza el horizonte de eventos.
Teorías de los agujeros negros de Stephen Hawking
Stephen Hawking fue uno de los físicos y cosmólogos más influyentes de los siglos XX y XXI. Entre sus numerosas contribuciones, Hawking resolvió varios teoremas propuestos por Einstein que contribuyó a la teoría de que el universo comenzó en una singularidad, reforzando aún más la llamada Teoria del Big Bang.
Hawking también creía que los agujeros negros no son completamente negros, sino que emiten pequeñas cantidades de radiación térmica. Este efecto se conocía en física como Radiación de Hawking. Esta teoría predice que los agujeros negros perderían masa con la radiación liberada y, en un proceso extremadamente lento, se encogerían hasta desaparecer.
Vea también:
- Teoria de la relatividad
- Gravedad
- Big Bang
