Los agujeros negros proceden de estrellas moribundas
Cuando la vida de una estrella llega a su fin, pueden ocurrirle muchas cosas interesantes. Por un lado, tiene la gravedad intentando encogerla y, por otro, la energía de las reacciones nucleares en el centro intentando expandirla.
Cuando una luminaria se queda sin su combustible (hidrógeno), las reacciones nucleares se ralentizan y las capas externas de la estrella son lanzadas al espacio exterior. Debido a ello, se colapsa, es decir, se encoge, incapaz ya de resistir la fuerza de su propia gravedad.
Las pequeñas luminarias como nuestro Sol se convierten en enanas blancas, estrellas pequeñas pero calientes. Pero los grandes objetos con masas al menos tres veces (y a veces decenas y cientos de miles de veces) mayores no se detienen ahí y se encogen hasta tal punto que se convierten en agujeros negros.
Dentro de un agujero negro hay una singularidad, el objeto más misterioso del espacio.
Una singularidad es el núcleo colapsado de una estrella que se ha vuelto más pequeño que un átomo, más pequeño que un núcleo, más pequeño que un electrón. Su tamaño se denomina longitud de Planck y es de 1,616255(18) × 10^-³⁵ metros. Esto equivale a la centésima quintillonésima parte de un protón, algo más pequeño simplemente no puede existir. A esas escalas, los conceptos de espacio y tiempo ya no son aplicables, y los efectos cuánticos de la gravedad empiezan a dominar.
Toda la masa de la estrella se concentra en un punto increíblemente pequeño, y la gravedad de esta singularidad es tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar de la zona de su atracción.
Qué es exactamente la singularidad, no podemos saberlo, porque está rodeada por lo que se llama el horizonte de sucesos. No es una superficie física, sino un límite que hace imposible que ninguna partícula pueda volver atrás. No parece un agujero, en contra de su nombre, sino una esfera perfectamente negra.
Hay muchísimos agujeros negros en el Universo.
Mucha gente piensa que los agujeros negros, aunque destructivos y aterradores, son cuerpos celestes muy raros. Sin embargo, en realidad, en el espacio se encuentran a cada paso.
Detectar un objeto así es muy difícil, porque un agujero negro solitario no produce radiación visible. Pero si cerca de él hay estrellas cuya masa absorbe o cuyas órbitas pueden verse afectadas por su gravedad, el agujero se hace visible. Y los científicos ya han contado muchos miles de ellos. Según estimaciones de la NASA, sólo en nuestra galaxia, la Vía Láctea, hay entre 10 millones y mil millones de agujeros negros.
Y en todo el universo, los astrofísicos calculan que hay 40 quintillones, es decir, 40.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000. Eso equivale aproximadamente al 1{90d4c242a8dcfe84b65d2de29eca4bfe2ff10476f91ef68a7c2378c3466696cf} de toda la materia normal del cosmos.
El agujero negro más cercano a nosotros se llama Unicornio y está a sólo 1.500 años luz de la Tierra. Tiene una compañera, una gigante roja, que es como se calculó el objeto. La intensidad de la luz de esta gigante cambia periódicamente, lo que permite ver cómo el agujero negro “arranca” parte de la masa y cambia la forma de la estrella.
Los agujeros negros pueden ser muy grandes o muy pequeños
En función de su masa, estos objetos se dividen en tres categorías principales.
La primera es la de los agujeros negros de masa estelar. Son los objetos más simples y comunes. Se forman como resultado del colapso de estrellas masivas. Su masa puede variar entre tres y varias decenas de masas solares. Por su tamaño, estos cuerpos celestes son relativamente pequeños, los radios de sus horizontes de sucesos pueden ser comparables al tamaño de pequeñas ciudades: unas decenas de kilómetros. El unicornio antes mencionado es sólo uno de ellos.
La segunda categoría son los agujeros negros supermasivos. Estos gigantes suelen encontrarse en el centro de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. Su masa puede oscilar entre millones y miles de millones de masas solares. Se producen a partir de agujeros negros muy antiguos que absorben mucha materia o por el colapso de enormes nubes de gas.
Sí, hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Se llama Sagitario A* y ahora mismo está orbitando a su alrededor. Tarda unos 230 millones de años en dar una vuelta completa.
El tamaño de los agujeros negros supermasivos como Sagitario A* y sus parientes es difícil de imaginar. Para hacerlo al menos de forma aproximada, mira este vídeo: en él se compara el agujero negro central del cúmulo del Fénix con nuestro Sol.
También existe una tercera categoría: los agujeros negros de masa media. Se trata de una clase de objetos relativamente nueva y menos estudiada. Por su tamaño, se sitúan entre los agujeros negros estelares y los supermasivos. Sus masas oscilan entre 10 y varias decenas de masas solares. No está muy claro cómo se forman, probablemente por la fusión de agujeros negros más pequeños o por el colapso de cúmulos estelares especialmente densos.
Los agujeros negros no son eternos
Durante mucho tiempo, los científicos creyeron que los agujeros negros debían ser objetos prácticamente eternos, porque sólo son capaces de absorber materia y radiación, pero de emitirlas de vuelta, no. Pero en 1974, el físico británico Stephen Hawking, utilizando la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvo, predijo la llamada evaporación de los agujeros negros.
Hawking planteó la hipótesis de que, debido a los efectos del vacío cerca del horizonte de sucesos, deberían emitir partículas y, por tanto, perder masa con el tiempo. Los cálculos mostraron que los pares de partículas y antipartículas cuánticas pueden separarse. Una de ellas cae sobre el horizonte de sucesos, mientras que la otra vuela hacia el espacio, llevándose consigo parte de la energía y la masa del agujero negro.
