Las estrellas son unos de los objetos más brillantes del cosmos, sin embargo, son estas mismas las que, al final de sus vidas, pueden convertirse en los objetos más oscuros del universo. Esta región del espacio-tiempo infinitamente curvado arrastra a sus entrañas todo aquello que se acerque demasiado a sus dominios. Nada puede escapar de ellos, ni siquiera la luz. Los agujeros negros, monstruos tan extremos que en su interior las leyes de la física dejan de tener sentido y el tiempo termina.
¿Qué son?
¡El fantasma de una estrella que agotó su energía! Es un destino reservado solo para las estrellas más grandes, las más masivas, nuestro Sol se salvará de este destino, pero las estrellas entre 10 a 25 o más veces la masa del Sol formarán un agujero negro y comenzarán a absorber todo lo que se encuentre a su alrededor, hasta el grado de formar una galaxia a su alrededor, como es el caso de la mayoría de las grandes galaxias, incluida la nuestra.
¿Alguna vez te has preguntado cómo se forman?
Imagina que estás en un viaje interestelar, te asomas por una de las ventanas de tu nave y lo único que ven tus ojos es caos, una estrella está agonizando ¡y supera el límite de TOV! (El límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff es un límite superior para la masa de estrellas compuestas de materia neutrónica degenerada) cuando menos te lo esperas, explota en una violenta supernova, observas como sus capas externas se disparan en todas direcciones, ahora estás cerca de una espectacular nube de gas y polvo, de repente tu nave deja de funcionar y es arrastrada por el horizonte de sucesos (límite donde la velocidad necesaria para escapar excede la velocidad de la luz) ha nacido un agujero negro y tú vas hacia él.
La idea de compactar la Luna entera al tamaño de un microbio es totalmente absurda, pero esta analogía es, en cierta forma, lo que pasa en la creación de un agujero negro. Estas estrellas tienen una actividad nuclear sorprendente, fusionan elementos que son cada vez más pesados hasta un momento en el que no pueden mantener más el equilibrio y explotan en una violenta supernova, y será el núcleo, el que siendo incapaz de soportar su propio peso se derrumbará sobre sí mismo compactándose de forma titánica, es aquí donde si la masa es lo suficientemente grande seguirá comprimiéndose hasta alcanzar una densidad fascinante, el núcleo de esta estrella muerta, encogido hasta ocupar solo unas decenas de kilómetros, se ha transformado en un agujero negro.
Créditos: NASA/ABC
Pero si es negro, ¿Cómo pueden verlo?
Tomemos la siguiente analogía: Imagina que vas a un baile de noche, pero como no sabes bailar te sientas a observar, de pronto un hombre lleva a su pareja al centro de la pista y comienzan a bailar, el hombre tiene un traje totalmente negro y la mujer lleva un vestido blanco brillante, a la mitad de la pieza ella comienza a girar alrededor de él tomada de las puntas de los dedos de su mano, en el instante en el que tu estas observando eso se apagan las luces, no puedes ver nada más que a ese vestido blanco brillante; bueno, la chica sería una estrella común y el hombre un agujero negro, no se puede ver un agujero negro más de lo que se ve al hombre, pero ese vestido, esa chica, proporciona evidencia convincente de que algo la está manteniendo en órbita. Un buen ejemplo de esto es V404 Cygni, sistema estelar que consiste en una estrella orbitando un agujero negro y viceversa. Cada cierto tiempo, ambos se acercan lo suficiente como para que haya interacción, de manera que la estrella pierde materia y se abomba, lo que provoca que la estrella se observe más brillante y más débil de forma intermitente, así, en este caso se puede observar la luz de la estrella y no la explosión violenta del disco de acreción del agujero negro.
¿Qué pasa si dos agujeros negros colisionan?
Otro descubrimiento importante relacionado con los agujeros negros se produjo en 2015 cuando los científicos detectaron por primera vez ondas gravitacionales, ondas en el tejido del espacio-tiempo predichas un siglo antes por la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. LIGO (observatorio de detección de ondas gravitatorias) detectó las ondas de un evento llamado GW150914, donde dos agujeros negros en órbita se formaron en espiral entre sí y se fusionaron hace 1.300 millones de años. Desde entonces, LIGO y otras instalaciones han observado numerosas fusiones de agujeros negros a través de las ondas gravitacionales que producen.
¿Cómo muere un agujero negro?
Como la teoría de la relatividad de Einstein nos ayudó a comprender que la masa y la energía de un objeto son, básicamente, la manifestación del mismo fenómeno, esto significa que, con el paso de los años, un agujero negro se irá “evaporando” al perder energía hasta desaparecer, “devolviendo” al universo toda la materia que había tragado.
Pero se trata de un proceso inimaginablemente largo: un agujero negro con una masa similar a la del sol tardaría ni más ni menos que 10^66 años en evaporarse. Para hacernos una idea de lo descomunales que son estas cifras, con sus casi 14.000 millones de años de edad, el universo podría evolucionar desde su origen hasta su edad actual 1.000 billones de veces y tan sólo habría transcurrido un 0,0000000000000000000000000000000000000014% del tiempo que tardaría un agujero negro con una masa similar a la del sol en evaporarse.
Esta longevidad implica que, en un futuro lejano, mucho después de que las galaxias se hayan alejado tanto entre sí y continúen haciéndolo a velocidades tan altas que la comunicación entre ellas sea imposible, mucho después de que las estrellas más débiles y viejas se hayan apagado e, incluso, más allá del momento en el que los núcleos atómicos ni siquiera sean estables y el espacio no sea más que un mar de partículas sueltas, el universo será un lugar vacío y oscuro en el que lo único interesante que sucederá será la lenta evaporación de los agujeros negros durante un periodo que, aunque no será eterno, es igual de difícil de imaginar.
¿Cómo luce un agujero negro?
En 2019, los astrónomos que utilizaron el Event Horizon Telescope (EHT), una colaboración internacional que conectó ocho radiotelescopios terrestres en un solo plato, los cuales capturaron por primera vez una imagen de un agujero negro. Aparece como un círculo oscuro recortado por un disco orbital de materia caliente y brillante. El agujero negro supermasivo está ubicado en el corazón de una galaxia llamada M87, ubicada a unos 55 millones de años luz de distancia y pesa más de 6 mil millones de masas solares. Su horizonte de eventos se extiende tanto que podría abarcar gran parte de nuestro sistema solar hasta mucho más allá de los planetas.
Créditos: Event Horizon Telescope Collaboration
Estos conocimientos exigieron a la vez escepticismo e imaginación, cuanto más nos alejamos de la Tierra, más nos acercamos a la realidad. Quizá algún día sabremos que hay dentro de una singularidad, encontraremos una singularidad desnuda, viajaremos más rápido que la velocidad de la luz o crearemos un agujero negro.
Escrito por: Sagrario Linares Melo, Mario Hazel Almonte Andrade
Foto de portada: Simulación de dos agujeros negros. Créditos SXS Lensing.
Referencias
Black Holes NASA: https://www.nasa.gov/black-holes
On the Hunt for a Missing Giant Black Hole NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/on-the-hunt-for-a-missing-giant-black-hole.html