¿Qué son los agujeros negros?

En la representación de este artista, se ha formado un grueso disco de acreción alrededor de un agujero negro supermasivo tras la interrupción de la marea de una estrella que se acercó demasiado. Crédito: Nasa

Su primera imagen data de apenas hace tres años, y este jueves se reveló una segunda imagen, esta vez del que hay justo en el centro de nuestra galaxia. Esto es lo que sabemos de estos colosales cuerpos astronómicos.




Según la Nasa, un agujero negro es un objeto astronómico con una fuerza gravitatoria tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él. La “superficie” de un agujero negro, denominada horizonte de eventos, define el límite donde la velocidad requerida para evadirlo excede la velocidad de la luz, que es el límite de velocidad en el cosmos. La materia y la radiación son atrapadas y desde ese punto ya no pueden salir.

La mayoría de agujeros negros son el remanente de una estrella que agotó su energía. Esto ocurre cuando una estrella agota el combustible de su núcleo y colapsa bajo su propio peso. Este colapso se traduce en la explosión de una supernova que expulsa las capas exteriores de la estrella. No todas las estrellas acaban convertidas en uno. Sólo las más grandes o masivas, de un tamaño de más de 20 masas solares, una suerte que por ejemplo, nuestro Sol no correrá.

De acuerdo a la explicación de la agencia espacial, se han estudiado extensivamente dos clases principales de agujeros negros.

1. Los agujeros negros de masa estelar, que tienen de tres a docenas de veces la masa del Sol, y que se extienden por toda nuestra galaxia, la Vía Láctea,

2. Los monstruos supermasivos que pesan entre 100.000 a milles de millones de masas solares y que se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias grandes, incluida la nuestra.

Este último tipo de agujero negro es el que precisamente lograron “fotografiar”astrónomos del Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), quienes revelaron este jueves la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Esta imagen muestra ALMA "mirando" hacia la Vía Láctea, justo en la ubicación de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo del que se logró la primera imagen. Foto: ESO

Este resultado proporciona una evidencia abrumadora de que el objeto es de hecho un agujero negro y arroja pistas valiosas sobre el funcionamiento de tales gigantes, que se cree que residen en el centro de la mayoría de las galaxias.

Otra desconocida clase de agujeros negros

Durante mucho tiempo los astrónomos han teorizado sobre la existencia de una tercera clase denominada agujeros negros de masa intermedia, con un peso de entre 100 a más de 10.000 masas solares. Mientras un puñado de candidatos han sido identificados por evidencia indirecta, explica la Nasa, el ejemplo más concreto hasta la fecha se observó el 21 de mayo de 2019, cuando el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO por sus siglas en inglés) de la Fundación Nacional de la Ciencia de EE.UU., ubicado en Livingston, Luisiana y Hanford, Washington, detectó las ondas gravitacionales de una fusión entre dos agujeros negros de masa estelar.

Esta simulación de un agujero negro supermasivo muestra cómo distorsiona la región estrellada y captura la luz, creando la silueta de agujero negro. Crédito: Nasa

Este evento, denominado GW190521, creó un agujero negro que pesaba 142 soles. Un agujero negro de masa estelar se forma cuando una estrella de más de 20 masas solares agota el combustible en su núcleo y colapsa bajo su propio peso. El colapso desencadena la explosión de una supernova que expulsa las capas exteriores de la estrella. Pero si el núcleo aplastado contiene más de tres veces la masa del Sol, ninguna fuerza podrá detener su colapso en un agujero negro. Se tiene poco conocimiento sobre el origen de los agujeros negros supermasivos, pero se sabe que existen desde los primeros días de vida de una galaxia.

Una vez formados, los agujeros negros crecen por la acumulación de la materia que atrapan, incluyendo el gas desprendido de estrellas vecinas e incluso otros agujeros negros.

En 2019, los astrónomos capturaron la primera imagen de un agujero negro utilizando el Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas en inglés), en una colaboración internacional que conectó a ocho radiotelescopios terrestres bajo una sola antena del tamaño de la Tierra.

En la imagen aparece como un círculo oscuro delimitado por un disco en órbita de materia caliente y brillante. El agujero negro supermasivo se encuentra en el corazón de una galaxia llamada M87, ubicada a unos 55 millones de años luz de distancia, y pesa más de 6 miles de millones de masas solares. Su horizonte de eventos se extiende tanto que podría abarcar buena parte de nuestro sistema solar más allá de los planetas.

First Image of a Black Hole

La técnica utilizada para generar este mega telescopio es llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés). En ella, se combinan las señales medidas desde distintos telescopios (formando un arreglo de telescopio), de tal forma que se puede reconstruir la imagen que obtendría un telescopio con un diámetro equivalente a la distancia máxima entre los distintos componentes del arreglo. Como los componentes del EHT están en distintos hemisferios y continentes, su diámetro es equivalente al de un telescopio del tamaño de la Tierra. La importancia de hacer telescopios más grandes es que a medida que la superficie de estos es mayor, nos permiten ver fuentes más pequeñas en el espacio. En el caso del EHT, este es tan grande que nos permitiría leer un libro posado en la Luna desde la Tierra, sin ningún problema.

Otro hito importante en el estudio de los agujeros negros se dio en 2015 cuando los científicos detectaron por primera vez las ondas gravitacionales, las mismas ondas del tejido del espacio-tiempo que un siglo antes había predicho Albert Einstein, en su Teoría General de la Relatividad. LIGO detectó las ondas de un evento ocurrido hace 1.300 millones de años, conocido como GW150914, en el que dos agujeros negros giraban entre sí, en espiral, mientras se fusionaban. Desde entonces y a través del estudio de las ondas gravitacionales, LIGO y otras instalaciones han observado numerosas fusiones de agujeros negros.

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