Los Agujeros Negros

           ¿Qué son los agujeros negros ?

Los agujeros negros en verdad no son agujeros. ¡No están para nada vacíos! .Los agujeros negros contienen la mayor cantidad de materia en el menor espacio que ningún otro objeto del universo. Debido a que son tan compactos, tienen una gran fuerza de gravedad.

Los agujeros negros son parte del universo y algunas creencias circulan alrededor de ellos. La más común es que son orificios enormes en medio del cosmos que ‘tragan’ todo a su paso, llevándolo hacia un infinito profundo que nadie conoce.

La explicación emitida por la NASA es que realmente los agujeros negros no son agujeros en sí y no están vacíos. Son restos fríos de estrellas muy antiguas que contienen gran cantidad de materia en un espacio compacto. Esto se debe a su fuerza de gravedad poderosa. Es tanta la densidad de los agujeros negros, que ninguna partícula material, y ni siquiera la luz, son capaces de liberarse de la fuerza gravitatoria envolvente.

Formación 

Los agujeros negros se forman en un proceso de colapso gravitatorio  que fue ampliamente estudiado a mediados de siglo XX por diversos científicos, particularmente Robert  Oppenheimer, Roger Penrose y Stephen Hawking, entre otros. Hawking, en su libro divulgativo Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros (1988), repasa algunos de los hechos bien establecidos sobre la formación de agujeros negros.

Este proceso comienza después de la "muerte" de una gigante roja (estrella de 10 a 25 o más veces la masa del Sol), entendiéndose por "muerte" la extinción total de su energía. Tras varios miles de millones de años de vida, la fuerza gravitatoria de dicha estrella comienza a ejercer fuerza sobre sí misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose en una enana blanca. En este punto, dicho proceso puede proseguir hasta el colapso de dicho astro por la autoatraccion gravitoria que termina por convertir a esta enana blanca en un agujero negro. Este proceso acaba por reunir una fuerza de atracción tan fuerte que atrapa hasta la luz en este.

En palabras más simples, un agujero negro es el resultado final de la acción de la gravedad extrema llevada hasta el límite posible. La misma gravedad que mantiene a la estrella estable, la empieza a comprimir hasta el punto que los átomos comienzan a aplastarse. Los electrones en órbita se acercan cada vez más al núcleo atómico y acaban fusionándose con los protones, formando más neutrones mediante el proceso:

${\displaystyle p^{+}+e^{-}\to n^{0}+{\nu }_{e}}$

Este proceso comportaría la emisión de un número elevado de neutrinos. El resultado final es una estrella de neutrones . En este punto, dependiendo de la masa de la estrella, el plasma de neutrones dispara una reacción en cadena irreversible, la gravedad aumenta enormemente al disminuirse la distancia que había originalmente entre los átomos. Las partículas de neutrones implosionan, aplastándose más, logrando como resultado un agujero negro, que es una región del espacio-tiempo limitada por el llamado horizonte de sucesos . Los detalles de qué sucede con la materia que cae más allá de este horizonte dentro de un agujero negro no se conocen porque para escalas pequeñas sólo una teoría cuántica de la gravedad podría explicarlos adecuadamente, pero no existe una formulación completamente consistente con dicha teoría.

 

Los agujeros negros para Albert Einstein

Este gran científico hablo sobre el espacio-tiempo que existe en nuestro universo.

Para darnos una idea de  esto, es indispensable que imaginemos el espacio y el tiempo como una superficie o lámina plana y flexible. Si el espacio-tiempo estuviera vacío, la superficie sería totalmente plana, pero no es así a consecuencia de los grandes cuerpos celestes que ocupan un espacio en el cosmos; por ejemplo, nuestra Tierra y el Sol.

Estos dos cuerpos van a deformar la lámina creando una curva, siendo la del Sol más profunda al tener una masa superior. Esto generará gravedad. Cuanto más masa tenga un cuerpo, mayor curvatura creará en el espacio-tiempo de su alrededor, por lo tanto, mayor gravedad tendrá.

Cuanto más se enfría una estrella masiva, más se curva el espacio-tiempo de su alrededor. Llegará un punto donde el tamaño sea tan inmenso, que creará un agujero negro en el espacio-tiempo. Einstein no los denominó en su tiempo como agujeros negros, sino como “singularidades de Schwarzschild”.

Stephen Hawking y su teoria acerca los agujeros negros 

El astrofísico británico Stephen Hawking,  explicó en los años 1970 que los agujeros negros se disuelven como una aspirina en un vaso de agua, revolucionó nuestra manera de ver el funcionamiento del Universo.

“El legado científico más importante de Hawking es su idea de que los agujeros negros se disuelven lentamente como una aspirina en un vaso de agua”, explica Lisa Harvey-Smith de la Universidad de Nueva Gales del Sur.

Esta teoría revolucionó el conocimiento de los agujeros negros. “Fue un verdadero shock”, cuenta a la AFP Patrick Sutton, jefe del equipo de física gravitatoria de la Universidad de Cardiff.

Basándose en la relatividad general publicada en 1915 por Albert Einstein, durante mucho tiempo se creía que nada podía escaparse de los agujeros negros.

Sin embargo, Hawking afirmó en 1975 que los agujeros negros podían emitir radiación, un fenómeno que fue bautizado “radiación de Hawking”.

Para Martin Rees de la Universidad de Cambridge este descubrimiento fue el “momento eureka” de Stephen Hawking.

De hecho, según la opinión de algunos científicos, esta teoría le hubiera dado a Stephen Hawking el Premio Nobel si hubiera podido ser observada. Algo que es hoy imposible “ya que no hemos tenido la oportunidad de estudiar de cerca un agujero negro”, explica Patrick Sutton.

Un agujero negro es un cuerpo celeste que posee una masa extremadamente importante en un volumen pequeño.

Existen de dos tipos: los agujeros negros estelares, que se forman al final del ciclo de vida de una estrella al menos ocho veces mayor que el sol, y los agujeros negros supermasivos que están en el centro de las galaxias y cuya masa puede ser mil millones de veces mayor.

La teoría de Hawking apunta a que “en realidad los agujeros negros son fenómenos realmente muy complejos. Para describirlos correctamente, debemos usar simultáneamente todas las teorías fundamentales de la física”, dijo a la AFP Aurélien Barrau del Laboratorio de Física Subatómica y Cosmología del CNRS en Francia.

Stephen Hawking “fue un visionario en muchos sentidos y tuvo ideas extraordinarias”, agregó Barrau.

Su visión sobre mecánica cuántica y la relatividad general

Las investigaciones del astrofísico contribuyeron a evidenciar los lazos entre las dos grandes teorías del siglo XX: la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad general.

“Gracias a la mecánica cuántica, Hawking se dio cuenta de que los agujeros negros, esos fenómenos que están hechos de gravedad, pueden en realidad emitir partículas”, explica Patrick Sutton.

“Este fue el primer caso en que un fenómeno físico conectó la teoría clásica de la gravedad con la mecánica cuántica”, agrega.

Durante la ceremonia de apertura de los Juegos Paralímpicos de Londres en 2012, frente a 80.000 espectadores entusiastas, Stephen Hawking dijo: “Miren las estrellas y no sus pies, intenten comprender lo que ven y pregúntense por qué el universo existe, sean curiosos”.

Tipos de agujeros negros

Estos tamaños pueden ser pequeños o primordiales, estelares y supermasivos, pero la NASA menciona a dos principales: los estelares y los supermasivos.

Los pequeños o primordiales pueden tener el tamaño de un átomo pero una masa de una montaña, por poner un ejemplo comparativo.

La masa de un agujero negro estelar puede ser hasta 20 veces mayor que la masa del Sol pero tienen pocas decenas de kilómetros de ancho; aproximadamente entre 10 y 40 millas. Se dice que existen numerosos agujeros negros dentro de la Vía Láctea.

Los hoyos o agujeros negros supermasivos son los más enormes. Estamos hablando de que tienen masas superiores a 1 millón de soles dentro de un diámetro del tamaño del Sistema Solar. Muchos científicos concuerdan que cada galaxia tiene un agujero supermasivo en su centro. Sagitario A es el nombre del agujero supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, nuestra galaxia.