Agujeros Negros: El Más Grande Misterio de Nuestro Universo

agujeros negros

¡Los agujeros negros son probablemente el misterio más grande del universo conocido!

Hasta el momento sabemos muy poco sobre ellos, porque nuestra tecnología aún no nos permite estudiar sus características a profundidad, principalmente porque todos se encuentran muy lejos de nuestro sistema solar.

Otro motivo por el que resulta muy complicado el estudio de los agujeros negros en el universo, es que estos no emiten pulsos luminosos como lo hacen las estrellas, por el contrario, su poderoso campo gravitatorio es capaz de absorber hasta la luz cercana, pero esto es algo que te explicaremos más adelante.

Sin embargo, a partir de 1970 y gracias a las teorías propuestas por Stephen Hawkings sobre los agujeros negros, hemos podido entender mucho más sobre ellos, incluidos datos demostrables sobre su forma, composición, proceso de formación y hasta su relación en las alteraciones de la continuidad temporal.

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Pero, ¿Qué sabemos realmente sobre agujeros negros?

Si alguna vez viste la película de Christopher Nolan: Interstellar (2010) y quedaste sin entender absolutamente nada, entonces es porque aún no sabes suficiente sobre los agujeros negros.

Te cuento, la película está basada en la teoría de la relatividad general de Einstein, que enuncia que nuestro universo no tiene 3 dimensiones, sino 4, siendo el tiempo la cuarta dimensión en el plano de la realidad. 

Por lo tanto, las reglas de la mecánica universal afectan al tiempo, al igual que lo hacen con la materia, incluida la luz. 

De esta manera, el tiempo no sería una constante universal, sino una dimensión que puede deformarse, estirarse o contraerse como una banda elástica, de acuerdo a las leyes de la física, como la gravedad.

¿Te interesa saber más sobre los agujeros negros en el espacio?

Entonces no dejes de leer este artículo hasta el final, porque te explicamos todo lo que necesitas saber sobre este interesante tema, para que la próxima vez que veas Interstellar, no te sientas literalmente perdido en el espacio.

CONTENIDO DEL ARTÍCULO

    ¿Qué son los agujeros negros?

    que son los agujeros negros

    Los agujeros negros no son realmente agujeros, ¿Lo sabías?

    De hecho, según el teorema de Hawkings y Ellis de 1970, se cree que los agujeros negros tienen forma esferoide debido a la atracción de su propia masa hacia su centro, por acción de la propia gravedad. Lo mismo que sucede con las estrellas, pero a una escala millones de veces más alta.

    Los agujeros negros son un punto en el espacio, conformado por un cúmulo de masa extremadamente densa, que genera una fuerza gravitatoria tan poderosa que es capaz de crear una curvatura en la continuidad del espacio-tiempo.

    El campo gravitatorio de los agujeros negros es tan fuerte, que ninguna partícula de materia es capaz de escapar a la deformación si se acerca demasiado. De hecho, la atracción es tan poderosa, que es capaz de absorber las partículas de fotones que forman los rayos de luz solar.

    Es correcto, se llaman agujeros negros porque son capaces de, literalmente, tragarse la luz a su alrededor.

    ¿Qué tan densos son los agujeros negros?

    La característica física que otorga a los agujeros negros supermasivos sus propiedades gravitacionales y térmicas, es la extrema densidad de materia que contienen en un área de espacio relativamente pequeña. 

    La densidad de materia de un cuerpo celeste (o cualquier otro objeto) corresponde a la cantidad de partículas de materia que se acumulen dentro de un rango de espacio determinado. Cuanto mayor cantidad de partículas se aglomeran en menor rango de espacio, más denso será el cuerpo.

    Para que la cantidad de materia que conforma nuestra propia estrella se convierta en un agujero negro, esta tendría que plegarse sobre sí misma de una manera extrema, comprimiendo todas sus partículas desde un tamaño de 1.300 millones de kilómetros. a un espacio no mayor que 2 kilómetros de diámetro.

    Por lo tanto, el sol tendría que reducir su tamaño casi 900.000 veces, pero sin desperdiciar absolutamente nada de la materia que lo conforma.

    Curvatura de Espacio-Tiempo

    ¿Te has preguntado cómo es posible que un agujero negro sea capaz de ralentizar el tiempo?

    ¿Recuerdas a Gargantúa en Interstellar?

    En la película, la nave espacial Endurance se ve obligada a hacer una parada para recopilar datos sobre la perspectiva de vida en el Planeta Miller, que casualmente órbita muy cerca de un agujero negro supermasivo llamado Gargantúa.

    Debido a ello, la tripulación se enfrenta a un dilema astrofísico: Por su cercanía con Gargantúa, en el planeta el tiempo transcurre mucho más lento que en la tierra, por lo que la misión de búsqueda, que para ellos tardaría un par de horas, en La Tierra significaría varios años.

    Pero, ¿Cómo es esto posible?

    Si te parece un concepto extraño, es porque estamos acostumbrados a considerar el tiempo como una constante invariable del universo, básicamente porque nosotros no tenemos ninguna herramienta que pueda deformarlo, como hacemos con los otros planos de la realidad.

    Sin embargo, la teoría de la Relatividad General, propuesta por Albert Einstein en el año 1915, sugiere que el tiempo es una dimensión de la realidad que se extiende sobre los planos X y Y (las dimensiones de ancho y largo). 

    Por lo tanto, si un cuerpo con masa ejerce una acción sobre el plano de la realidad, creará una variable de dimensión Z (profundidad) que puede deformar las dos primeras y, por lo tanto, también puede hacerlo sobre el tiempo.

    Veámoslo de esta manera: 

    Imagina que extiendes un trozo de tela, creando un espacio plano (dimensiones X y Y); y sobre la tela dejas caer una bola. La acción del peso de la bola sobre la tela creará un bajo cóncavo en el plano. 

    Este efecto es lo que en astrofísica se conoce como Curvatura del espacio-tiempo.

    agujeros negros y tiempo curvo

    Ahora, debido a las reglas de la física, cuanto más pesado sea el objeto que se coloque sobre el plano, más marcada será su acción sobre él y, por lo tanto, más profunda sería la curvatura.

    Esto es exactamente lo que sucede con los agujeros negros y tiempo curvo. 

    Al comprimirse hasta el límite, los agujeros negros se vuelven objetos increíblemente densos -y por lo tanto, pesados-, así que la acción que estos ejercen sobre los planos X y Y es realmente extrema.

    La curvatura que causan los agujeros negros es tan fuerte que no permite escapar la materia que ingresa, esto causa una singularidad espacio-temporal que conocemos como Horizonte de Sucesos.

    La curvatura que los agujeros negros crean es tan “profunda” y su atracción gravitatoria tan poderosa, que estos succionan todo lo que se les acerque, por lo tanto, al estar en el vórtice de deformación del espacio producido por Gargantúa, el planeta Miller experimentaba una deformación en la continuidad de su tiempo, haciendo que transcurra más lento al tener que entrar en el Horizonte de Sucesos de Gargantúa.

    De hecho, el dato exacto es que cada hora transcurrida en Miller equivalía a 7 años terrestres.

    Como dato curioso, las olas de 1 km de altura que cubren toda la superficie de Miller, también se explicarían como un efecto del poder gravitatorio ejercido por el agujero negro sobre el planeta.

    ¿Cómo se forman los agujeros negros?

    Se podría decir que los agujeros negros son el residuo que dejan las estrellas después de morir. 

    Hasta hace un par de décadas, se creía que los agujeros negros se formaron durante las primeras etapas del universo y que este fenómenos no se habría repetido. 

    Sin embargo, el estudio Historia del Tiempo: del Big Bang a los agujeros negros, creado en colaboración por Hawkings, Oppenheimer y Roger Penrose, demostró que los agujeros negros se crean en un proceso llamado colapso gravitatorio. 

    Para entender el colapso gravitatorio que da paso a la formación de agujeros negros, tenemos que retroceder un poco, hasta el proceso de muerte de las estrellas.

    Cuando a una Estrella Amarilla (como nuestro sol) agota sus reservas de hidrógeno, ésta comienza a quemar las partículas de helio de su superficie, en un proceso de fusión nuclear mucho más intenso. Mientras este proceso continúa, la estrella, que se acerca a su última etapa de vida, puede aumentar hasta 300 veces su tamaño y cambiar su color, convirtiéndose en una Estrella Gigante Roja.

    Al consumir todo el combustible de su superficie, los procesos de fusión nuclear se detendrán, y sin ningún proceso que contrarreste la fuerza de su propia gravedad, todas sus partículas comenzarán a ser atraídas hacia su propio núcleo, reduciendo su tamaño una vez más y creando lo que conocemos como una Estrella Enana Blanca, una estrella muerta.

    Sin embargo, la gran cantidad de masa de una estrella puede hacer que este proceso sea llevado al extremo, comprimiendo la Enana Blanca más allá de sus propios límites y creando un cuerpo con masa aún más concentrada en un espacio increíblemente reducido.

    Es como si intentaras doblar nuestro sol lo suficiente como para meterlo en el maletero de tu vehículo. 

    Este último paso hace que el campo gravitatorio resultante sea tan poderoso que comience a tragarse su propia luz, lo que termina de convertir una estrella en un agujero negro.

    Tipos de agujeros negros

    Existen diferentes tipos de agujeros negros y estos se clasifican de acuerdo a su tamaño y la cantidad de masa que contengan.

    Agujero negro supermasivo

    Los agujeros negros supermasivos son indiscutiblemente los más grandes y poderosos. Estos pueden llegar a contener varios millones de veces la masa de nuestro sol en un espacio apenas 2 o 3 veces más grande, lo que también los hace muy poderosos.

    Es común encontrar agujeros negros supermasivos dominando el centro de muchas galaxias grandes, especialmente en galaxias elípticas. Un ejemplo claro lo encontramos en casa, ya que La Vía Láctea gira en torno a Sagitario A, un agujero negro supermasivo realmente descomunal que mida cerca de 120 UA.

    Agujeros negros de masa intermedia

    Son los siguientes en la escala de acuerdo a su masa. Son menos densos que los agujeros negros supermasivos, pero siguen siendo realmente impresionantes.

    Dentro de esta clasificación entran los agujeros negros con una masa equivalente de entre 100 y 1.000.000 de masas solares.

    Agujeros negros de masa estelar

    Son bastante comunes y desde el planeta Tierra hemos podido observar varios agujeros negros que calzan dentro de esta clasificación.

    Los agujeros negros de masa estelar contienen entre 30 y 70 masas solares en su interior. Estos se forman a partir del colapso gravitacional de estrellas masivas, lo que se conoce en astrofísica como Supernovas.

    Micro agujeros negros

    Los micro agujeros negros son una categoría de esta clasificación, sin embargo, siguen siendo una hipótesis.

    Según la teoría de Hawking sobre los agujeros negros, estos micro agujeros negros contendrían sorprendentes cantidades de materia en un espacio extremadamente reducido, por lo que la materia en su interior podría regirse por las normas de la física cuántica.

    Una de las misiones del gran colisionador de hadrones del CERN es crear los elementos para formar un micro agujero negro artificial, donde se podrían comprobar varias teorías sobre física cuántica o al final poder aislar una partícula de materia oscura.  

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