Un agujero negro comiendo,
Un agujero negro u hoyo
negro es una región finita del espacio-tiempo provocada por una gran
concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que
genera un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera
los fotones de luz, pueden escapar de dicha región.
La curvatura del espacio-tiempo o «gravedad de un agujero negro» provoca una
singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos.
Esto es una consecuencia de las ecuaciones de campo de Einstein. El horizonte
de sucesos separa la región del agujero negro del resto del Universo y es la
superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede
salir, incluyendo la luz. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad
general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer
indicio. En los años 70, Hawking, Ellis y Penrose demostraron varios teoremas
importantes sobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros.
Previamente, en 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de
cuatro dimensiones todos los agujeros negros debían tener una geometría
cuasi-esférica determinada por tres parámetros: su masa M, su carga
eléctrica total e y su momento angular L.
Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros
negros supermasivos.La existencia de agujeros negros está apoyada en
observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas
binarias y galaxias activas
Es la primera vez que vemos una nube cayendo a un agujero negro”, afirma a
SINC Stefan Gillessen, investigador del Insituto Max Plank y autor de un
estudio que describe las primeras fases de este fenómeno. “Esto nos va a
permitir aprender mucho sobre estos misteriosos objetos”.
La nube tiene una masa tres veces superior a la de la Tierra y se mueve hacia una
zona en el centro de la Vía
Láctea conocida como Sagitario A. Allí se encuentra una
fuente de radio muy compacta y brillante y también se localiza,
hipotéticamente, un agujero negro supermasivo.
Los científicos llevan observando la posición y velocidades radiales de la
nube desde 2002, lo que les permite afirmar que la trayectoria coincide
"extremadamente" con la órbita alrededor de un agujero negro.
“Ya podemos observar cómo la nube comienza a desgarrarse”, relata el
investigador. “Las fuerzas de marea del agujero negro [derivadas de la
gravedad] ‘estirarán’ la nube más y más en los próximos años”.
El agujero negro supermasivo que hay en el centro de la Vía Láctea está a
punto de tragarse una gigantesca nube de
gas y polvo de estrellas, un acontecimiento astronómico que se ha
logrado detectar con los telescopios del Observatorio Austral Europeo (ESO) y
que, según los astrónomos, podrá observarse desde la Tierra.
El hallazgo de la futura 'cena' estelar, publicado esta semana en 'Nature',
fue realizado por un equipo de astrónomos dirigido por Reinhard Genzel, del
Instituto Max-Planck de Alemania. Los investigadores detectaron que un objeto
que se acercaba al agujero negro de nuestro centro galáctico había aumentado su
velocidad en los últimos siete años, hasta alcanzar los ocho millones
de kilómetros a la hora.
Como su órbita es muy alargada, sus estimaciones indican que a mediados de
2013 pasará a 40.000 millones de kilómetros del borde del agujero negro
(36 horas luz), es decir, una distancia muy pequeña en términos cósmicos que
equivale a 250 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Los expertos indican que
"es el límite más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede
escapar".
La comida de este banquete está a 280ºC de temperatura,
mucho más fría que las estrellas que lo rodean, y se compone, fundamentalmente,
de hidrógeno y helio, que combinados forman una nube de gas polvorienta e
inoizada, cuya masa es unas tres veces la de la Tierra. Según este
trabajo, podría haberse formado del gas 'soplado' desde estrellas masivas
jovenes cercanas que están perdiendo materia debido a sus fuertes vientos.
Esta nube es visible desde la
Tierra porque brilla intensamente al recibir la
radiación ultravioleta que hay en estrellas que se apelotonan en el
corazón de la Vía Láctea.
Ahora, su densidad es más alta que la del gas caliente en torno al agujero
negro, pero a medida que se acerque a la 'boca de la bestia' la presión
aumentará y se comprimirá.
Además, la gravitación del agujero, que tiene el equivalente a cuatro
millones de masas como el Sol, acabará por estirarla, sacándola de su órbita.
"En la ciencia-ficción ya se ha usado la imagen de un astronauta
alargado como un espagueti cuando se acerca a un agujero negro; ahora
podremos verlo en directo en la nube que hemos descubierto", señala, en un
comunicado, Stefan Gillessen, otro de los autores del trabajo.
De hecho, los bordes de la nube ya se están deteriorando, como explican en
el artículo, y acabarán por romperse en los próximos años. A partir de 2013,
también comenzará a emitir radiografías, según creen los astrónomos. Mientras
ese momento llega, el agujero negro se mantiene a dieta, porque a su alrededor
no hay material que pueda atraer.
De hecho, desde que comenzó a observarse, en 1992, sólo se han visto
dos estrellas tan cerca como esta nube del agujero, que lograron salir
ilesas.
Por ello, los dos próximos años serán muy interesantes y nos darán
información muy valiosa sobre el comportamiento de la materia que hay alrededor
de los agujeros supermasivos", señala Genzel.
Tambien lo cree así Eliot Quataert, astrofísico de California, que también
colabora en la observación del fenómeno: "Cuando miramos los agujeros
negros en el centro de otras galaxias vemos que se ponen muy brillantes y luego
pierden ese color, pero no sabemos lo que sucede. Ahora tenemos la oportunnidad
de observar cómo se 'encienden' mientras el gas cae dentro, cómo se calienta y
la luz que emite. Quataert estima que esa luz podría aumentar de 100 a 1.000 veces en este
fenómeno.
Stefan Gillessen, Quataert y el resto del equipo utilizan un detector de
infrarrojos que construyeron en el Very Large Telescope (VLT) que ESO tiene en
Chile. Además, el telescopio espacial Chandra también ha programado para 2012
observar ese lugar de la
Vía Láctea.
El concepto de un cuerpo tan denso que ni la luz pudiese escapar de él, fue
descrito en un artículo enviado en 1783 a la Royal Society
por un geólogo inglés llamado John Michell. Por aquel entonces la teoría de
Newton de gravitación y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidos.
Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del Sol y la misma
densidad, tendría, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la
luz y sería invisible. En 1796, el matemático francés Pierre-Simon Laplace
explicó en las dos primeras ediciones de su libro Exposition du Systeme du
Monde la misma idea aunque, al ganar terreno la idea de que la luz era una onda
sin masa, en el siglo XIX fue descartada en ediciones posteriores.
En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz
era influenciada por la interacción gravitatoria. Unos meses después, Karl
Schwarzschild encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, donde un
cuerpo pesado absorbería la luz. Se sabe ahora que el radio de Schwarzschild es
el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira, pero esto no
era bien entendido en aquel entonces. El propio Schwarzschild pensó que no era
más que una solución matemática, no física. En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar
demostró que un cuerpo con una masa crítica, (ahora conocida como límite de
Chandrasekhar) y que no emitiese radiación, colapsaría por su propia gravedad
porque no había nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la
fuerza de atracción gravitatoria sería mayor que la proporcionada por el principio
de exclusión de Pauli). Sin embargo, Eddington se opuso a la idea de que la
estrella alcanzaría un tamaño nulo, lo que implicaría una singularidad desnuda
de materia, y que debería haber algo que inevitablemente pusiera freno al
colapso, línea adoptada por la mayoría de los científicos.
En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un
colapso gravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en
la naturaleza. Esta teoría no fue objeto de mucha atención hasta los años 60
porque, después de la Segunda
Guerra Mundial, se tenía más interés en lo que sucedía a
escala atómica.
En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros
son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se
podía impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso. La idea de
agujero negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales que
llevaron al descubrimiento de los púlsares. Poco después, en 1969, John Wheeler
acuñó el término "agujero negro" durante una reunión de cosmólogos en
Nueva York, para designar lo que anteriormente se llamó "estrella en
colapso gravitatorio completo".
En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA dirigido por Andrea Ghez demostró mediante
simulación por ordenadores la posibilidad de la existencia de agujeros negros
supermasivos en el núcleo de las galaxias. Tras estos cálculos mediante el
sistema de óptica adaptativa se verificó que algo deformaba los rayos de luz
emitidos desde el centro de nuestra galaxia (la Vía Láctea). Tal
deformación se debe a un invisible agujero negro supermasivo que ha sido
denominado Sgr.A (o Sagittarius A). En 2007-2008 se iniciaron una serie de
experimentos de interferometría a partir de medidas de radiotelescopios para
medir el tamaño del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, al que se
le calcula una masa 4'5 millones de veces mayor que la del Sol y una distancia
de 26.000 años luz (unos 255.000 billones de km respecto de la Tierra). El agujero negro
supermasivo del centro de nuestra galaxia actualmente sería poco activo ya que
ha consumido gran parte de la materia bariónica, que se encuentra en la zona de
su inmediato campo gravitatorio y emite grandes cantidades de radiación.
Por su parte, la astrofísica Feryal Özel ha explicado algunas
características probables en torno a un agujero negro: cualquier cosa, incluido
el espacio vacío, que entre en la fuerza de marea provocada por un agujero
negro se aceleraría a extremada velocidad como en un vórtice y todo el tiempo
dentro del área de atracción de un agujero negro se dirigiría hacia el mismo
agujero negro.
En el presente se considera que, pese a la perspectiva destructiva que se
tiene de los agujeros negros, éstos al condensar en torno a sí materia sirven
en parte a la constitución de las galaxias y a la formación de nuevas
estrellas.
En junio de 2004 astrónomos descubrieron un agujero negro súper masivo, el Q0906+6930,
en el centro de una galaxia distante a unos 12.700 millones de años luz. Esta
observación indicó una rápida creación de agujeros negros súper masivos en el
Universo joven.
La formación de micro agujeros negros en los aceleradores de partículas ha
sido informada, pero no confirmada. Por ahora, no hay candidatos observados
para ser agujeros negros primordiales.
La máxima aproximación al agujero negro sucederá en 2013, según ha estimado
el equipo del Intituto Max Plank. “En ese momento la temperatura se
incrementará súbitamente, lo que probablemente llevará a una fuerte emisión de
rayos X”, predice Gillessen.
“En los próximos años observaremos cómo se ‘alimenta’ el agujero negro”,
asegura el astrofísico. “Es un proceso que ocurre en todos los agujeros negros
del universo, pero que suceda en el centro de nuestra galaxia nos da una
oportunidad única para observarlo”.
Además, los investigadores esperan que este suceso también sirva para probar
un modelo teórico sobre la estructura del agujero negro, llamado flujo de
adición. Este postula la existencia y distribución de cierta cantidad de gas
alrededor del agujero negro.
“Según cómo se perturbe el desarrollo de la nube, podremos determinar si el
modelo de flujo de adición es cierto o no”, concluye Gillessen.
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