TODO SOBRE AGUJEROS NEGROS ( 2ª PARTE )

Los agujeros negros se forman a partir de estrellas moribundas las cuales luego de un proceso natural empiezan a acumular una enorme concentración de masa en un radio mínimo de manera que la velocidad de escape de esta estrella es mayor que la velocidad de la luz. A partir de esto la ex estrella no permite que nada se escape a su campo gravitatorio, inclusive la luz no puede escapar de ella. Para entender con mayor claridad lo anteriormente escrito es conveniente que estudiemos las fases en la formación de una estrella:

Formación de estrellas - El límite de Chandrasekhar

Para empezar, no todas las estrellas se pueden convertir en agujeros negros, para ello deben de cumplir ciertos requisitos como por ejemplo el tamaño, tiempo de vida, entre otras características.

Las estrellas se forman a partir de grandes concentraciones de gas, principalmente hidrógeno, por efectos gravitatorios los átomos que conforman estos gases empezarán a colapsar unos contra otros contrayéndose y generando un calentamiento del gas, el calor poco a poco se incrementará llegando a generarse reacciones importantes entre los átomos (transformación de moléculas de Hidrógeno en Helio). Estas reacciones provocan emanaciones de energía altísimas que le dan a las estrellas la luminosidad característica. Todo esto ocurre hasta un momento en que los átomos llegan a alcanzar un equilibrio a partir del cual dejan de contraerse. El Sol se encuentra en estos momentos en este equilibrio, en el que no existe ningún tipo de contracción por parte de sus componentes.

Ahora bien, durante el período de tiempo que toma el proceso de contracción de los átomos la estrella sigue acumulando más gases y crece en tamaño, este tamaño fue estudiado por Subrahmanyan Chandrasekhar, quien indicó el tamaño máximo que una estrella puede alcanzar antes de llegar a consumir todo su combustible natural. Chandrasekhar descubrió el límite al cual una estrella puede crecer de manera que su masa pueda llegar a ser tal que la estrella llegue al límite de soporte de su gravedad. (Esto puede resultar un poco complicado de explicar así que tómalo con calma). ¿Qué significa lo anterior? que si la estrella es muy grande su gravedad podría provocar que esta "se derrumbe sobre sí misma" (para entenderlo piensa en un huevo cayendo a 400 metros de profundidad bajo el mar, lo que sucedería es que el huevo se rompería por efecto de la presión del agua la cual se ejerce de manera perpendicular sobre la superficie del huevo antes de caer al fondo del mar).

Bueno, sucede entonces que este señor Chandrasekhar calculó matemáticamente que la masa crítica de una estrella sería igual a 1,5 veces la masa del sol a ésta masa se le denomina el límite de Chandrasekhar, por debajo de éste límite encontramos a las enanas blancas y las estrellas de neutrones mientras que por encima de ese límite... bueno no fue hasta 1939 que se logró explicar que sucedería con una estrella con una masa mayor a la del límite de Chandrasekhar, esa estrella poseería un campo gravitatorio tan fuerte que los rayos de luz emanados de la estrella empiezan a irradiarse hacia la superficie (como un boomerang), poco a poco los rayos de luz se inclinan con mayor fuerza hacia la misma estrella de la cual emanan. A lo lejos un observador contemplará como la estrella pierde luminosidad tornándose roja (un efecto parecido a cuando las baterías de una lámpara se van acabando de a pocos), Cuando la estrella llegue a alcanzar un radio crítico el campo gravitatorio crecerá de manera exponencial llegando finalmente a atrapar a la misma luz dentro de ella.

En este instante el agujero negro ha sido creado y su presencia sólo puede ser notada por la emisión de rayos X que provoca.

Bueno, no existen registros de que alguien haya podido detectar un agujero negro con telescopios comunes, lo que se hace normalmente es utilizar medidores de rayos X para detectarlos pues los agujeros negros son grandes emisores de estos rayos debido a la pérdida superficial de materia por parte de un cuerpo que es absorbido por un agujero negro, también son detectados debido al efecto que tienen sobre los cuerpos visibles que se encuentran alrededor de estos agujeros negros.

Detectando un Agujero Negro

En la foto arriba mostrada apreciamos como puede ser detectado un agujero negro; Nota el brillo que está distanciado del punto verde (centro de la galaxia M82) en la zona central izquierda de la foto, a 600 años luz. El patrón de variabilidad de emisión de rayos X por parte de la fuente indica que se trata de un agujero negro.

La foto es la primera evidencia tangible de la presencia de agujeros negros fuera del centro de cualquier galaxia, y se cree que representa una nueva especie de agujero negro formado por el colapso de una "hiperestrella" (estrella masiva) formada por la coalición de varias estrellas.

Estas fotos fueron captadas por el radioscopio Chandra, el cual tuvo captado el objetivo (galaxia M82) por aproximadamente 30 horas.

Agujeros negros: ¿Se pueden realmente medir?

Tal como lo describe Ted Bunn en "Black Holes FAQ", no podemos hablar de una única medida de grandeza de los agujeros negros ni en general de nada que exista; sino que debemos de tomar en cuenta el espacio que ocupa en el universo y la masa que posee.

Masa de los agujeros negros

Si analizamos la segunda propiedad debemos de considerar que hasta el momento lo que se sabe de la masa que poseen los agujeros negros es que esta no tiene límites conocidos (ningún máximo ni mínimo). Pero si analizamos las evidencias actuales podemos considerar que dado que los agujeros negros se forman a partir de la muerte de estrellas masivas debería de existir un límite máximo del peso de los agujeros negros que sería a lo mucho igual a la masa máxima de una estrella masiva. Dicha masa límite es igual a diez veces la masa del Sol (más o menos 1x10³¹ kilogramos o si no lo entiendes 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 kilogramos). En los últimos años se ha encontrado evidencia de la existencia de agujeros negros en el centro de galaxias masivas. Se cree a partir de esto que dichos agujeros negros poseerían una masa de un millón de soles).

Tamaño de los agujeros negros

Si analizamos el tema del espacio que ocupa un agujero negro debemos de considerar como parámetro principal una variable matemática denominada el radio de Schwarzchild el cual es el radio del horizonte de sucesos que comprende al agujero negro (dentro de este radio la luz es absorbida por la gravedad y cualquier cuerpo es absorbido con una fuerza gravitatoria infinita hacia el centro del agujero negro no pudiendo escapar de éste). Ahora bien los científicos han logrado hallar una relación directa entre la masa y el espacio ocupado de un agujero negro, esto significa que si un agujero negro es diez veces más pesado que cualquier estrella ocupará también diez veces el espacio ocupado por esa estrella. Para darnos una idea más clara compararemos el tamaño del sol con un agujero negro súper masivo, el sol posee un radio de aproximadamente 700,000 kilómetros mientras que el agujero negro súper masivo poseerá un radio de a lo más cuatro veces más grande que el del Sol.

Hasta el momento, (si es que has seguido el orden del menú de la izquierda), hemos podido ver a grosso modo qué es un agujero negro, hemos revisado un poco de la historia de cómo fue que se encontró un término apropiado a este fenómeno, hemos visto como se forman (recuerda siempre a Chandrasekhar), hemos visto inclusive con un caso práctico como es que son detectados, y hemos entrado a la polémica de cómo es que pueden ser medidos. Pues bien, a partir de aquí las cosas van a tratar de ser un poco más profundas, dado que no podemos decir que conocemos de agujeros negros si es que no hemos entendido a cabalidad su relación con la teoría de la relatividad general (olvídate de Newton si quieres entenderlo). Así que abróchate los cinturones y sigue leyendo.

Hemos visto que un agujero negro es un fenómeno cuya característica más saltante es la gravedad casi infinita que posee, sabemos que es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar, pero la idea se rompe si es que queremos entenderlo con la física básica que nos brindaron en el colegio. La teoría general de la relatividad describe a la gravedad como una manifestación de la curvatura del espacio - tiempo. Cuanto más masivo sea un objeto mayor será su influencia sobre el espacio y el tiempo, si hablamos de casos límites un objeto masivo distorsionará al espacio - tiempo de tal manera que las reglas geométricas que conocemos dejarían de aplicarse.

El entendimiento de qué pueda ocurrir en un agujero negro (hablamos claro de lo que pasaría al pasar el horizonte de sucesos) es pura especulación puesto que al no cumplirse ninguna ley física no podemos ni siquiera predecir que ambiente existirá. Es como querer saber cómo era todo antes del Big Bang, es decir, ¡sólo Dios lo sabe!. Supuestamente la teoría de la relatividad especial puede predecir que ocurre hasta llegar a ese horizonte de sucesos, sencillamente todo movimiento deja de existir (incluido el paso del tiempo) pero la veracidad de dicha teoría se puso en mayo del 2000 en tela de juicio pues un grupo de científicos realizaron un experimento en un túnel cuántico en donde demostraron que los fotones pueden viajar más rápido que la luz. Esto revoluciona todo lo hasta ahora conocido.... significa que nuestro entendimiento sobre el comportamiento físico cerca al horizonte de sucesos puede no ser como lo predice la teoría de Einstein.

La teoría de la relatividad habla acerca de que la gravedad afecta al tiempo pues afecta a la velocidad de la luz... bueno, mucho de lo que se ha hablado parte de esa premisa, no se trata de algo tan sencillo de aceptar considerando que en la actualidad existen dos teorías dominantes en la física: la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, cada una irreconciliable en algunos puntos con la otra. Sin embargo se piensa que muchos de los fenómenos descubiertos y estudiados en los últimos tiempos como las singularidades parten inevitablemente de la relatividad general.