Agujeros negros.

Tomando la primera imagen de un agujero negro.
Infografía de un agujero negro. Crédito: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann

¿Qué es un agujero negro?
En este momento, los astrónomos están tratando de obtener la primera imagen del horizonte de eventos del agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. ¿Pero qué son los agujeros negros exactamente?

Los agujeros negros son uno de los objetos más extraños y fascinantes del Universo. Básicamente, son concentraciones de materia apiñada en un espacio diminuto que deforman la realidad y crean un objeto que genera una enorme atracción gravitacional. Alrededor de los agujeros negros hay una frontera conocida como horizonte de eventos: el punto a partir del cual nada puede escapar a las garras del agujero negro, ni siquiera la luz.

Observando la imagen de la entrada obtenemos:

  • Singularidad: en el centro del agujero negro, la materia colapsa en una región de densidad infinita llamada singularidad. Toda la materia y la energía que cae dentro del agujero negro termina aquí. Se cree que la predicción de la densidad infinita hecha por la relatividad general indica el momento de la teoría donde los efectos cuánticos cobran importancia.
  • Horizonte de eventos: la superficie alrededor de una singularidad donde la energía y la materia ya no pueden escapar a la gravedad del agujero negro: el punto sin retorno. Esta es la parte “negra” del agujero negro.
  • Esfera de fotones: pese a que el agujero negro en sí es oscuro, el plasma caliente cercano emite chorros de fotones, o forma un disco de acreción (véase más abajo). En ausencia de gravedad, estos fotones viajarían en línea recta, pero justo afuera del horizonte de eventos de un agujero negro, la gravedad es lo suficientemente fuerte como para curvar su trayectoria. Por eso vemos un brillante anillo alrededor de una “sombra” más o menos circular. Con el telescopio Event Horizon se espera ver tanto el anillo como la “sombra”.
  • Chorros relativistas: cuando un agujero negro se alimenta de estrellas, polvo o gas, el fenómeno genera chorros de partículas y radiación que se disparan desde los polos del agujero negro a velocidades cercanas a la de la luz. Estos chorros pueden extenderse por miles de años luz en el espacio. El GMVA buscará entender cómo se forman estos chorros.
  • Última órbita estable: el borde más central de un disco de acreción es el último lugar que el material puede orbitar sin correr el riesgo de pasar el punto sin retorno.
  • Disco de acreción: un disco de polvo y gas supercaliente que se arremolina alrededor de un agujero negro a velocidades enormes, produciendo una radiación (de rayos X, óptica, infrarroja y de radio) que revela la ubicación del agujero negro. Parte de este material está condenado a atravesar el horizonte de eventos, mientras que otra parte terminará expulsada en forma de chorros.
Puesto que ninguna luz escapa a la fuerza del agujero negro, es imposible observarla directamente. Sin embargo, su tremenda influencia gravitacional delata su presencia. Muchas veces los agujeros negros son orbitados por estrellas, gas y otros materiales en estrechas trayectorias que se vuelven más abultadas y frenéticas a medida que se acercan al horizonte de eventos. Esto crea un disco de acreción supercaliente alrededor del agujero negro que emite grandes cantidades de radiación en diferentes longitudes de onda.

Al observar la radiación emitida por toda esta actividad alrededor de los agujeros negros, los astrónomos determinaron que hay dos tipos principales:

  • Los agujeros negros de masa estelar.
  • Los agujeros negros supermasivos.

Agujeros negros de masa estelar.
Los agujeros negros de masa estelar son cadáveres de estrellas más de cinco veces más masivas que nuestro Sol. Al final de su vida, estas estrellas colapsan violentamente y siguen colapsando hasta que toda su materia se condensa en un espacio inimaginablemente diminuto. Es fácil descubrir agujeros negros de masa estelar que forman parte de un sistema binario de rayos x, donde el agujero negro devora material de su estrella compañera.

Representación artística de la formación de un agujero negro estelar en un sistema binario. 
Crédito: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser

Agujeros negros supermasivos.
El segundo tipo se conoce como agujero negro supermasivo. Estos enormes agujeros negros tienen hasta miles de millones de veces la masa de una estrella promedio, y su formación es un misterio que todavía se está estudiando. Una teoría sugiere que se formaron a partir de enormes nubes de materia que colapsaron al formarse las galaxias; otra afirma que los agujeros negros de masa estelar en colisión pueden fundirse para formar un objeto gigante.

Hoy, estos mastodontes supermasivos habitan el centro de la mayoría de las galaxias comunes, incluida nuestra Vía Láctea, sobre la cuales ejercen una gran influencia, sobre todo cuando se alimentan de gas y estrellas.

Representación artística de una nube de gas que pasa muy cerca del agujero negro situado en el centro de la Vía Láctea.
También se ven las estrellas que orbitan alrededor del agujero negro junto con líneas azules que trazan su rápida y estrecha órbita.
Crédito: ESO/MPE/Marc Schartmann


El agujero negro de la Vía Láctea, Sagitario A*.
A 27.000 años luz de la Tierra, Sagitario A* (abreviado como Sgr A*) es el agujero negro supermasivo que habita el caliente y violento centro de la Vía Láctea. Es 4 millones de veces más masivo que nuestro Sol, tiene más de 15 millones de kilómetros de diámetro y gira a una gran fracción de la velocidad de la luz. Al estar tapado de los telescopios ópticos por densas nubes de polvo y gas, los observatorios que observan diferentes longitudes de onda, ya sean más largas (como ALMA) o más cortas (como los telescopios de rayos X), son fundamentales para estudiar sus propiedades.

Pronto, tras combinar el poder de ALMA y otros telescopios de ondas milimétricas repartidos por el planeta, podremos conocer mucho mejor el monstruoso corazón de nuestra galaxia. El Global mm-VLBI Array (GMVA) investiga actualmente la forma en que el gas, el polvo y otros materiales dan nacimiento a agujeros negros supermasivos y generan chorros de gas extremadamente rápidos. El telescopio Event Horizon (EHT), por otro lado, trabaja en pos de un objetivo diferente: producir imágenes de la sombra del horizonte de eventos, el punto sin retorno.

Créditos:
ESO

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