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Crédito: Giphy

Los agujeros negros se encuentran entre los objetos más misteriosos del universo. Gracias a los arduos esfuerzos de los científicos que han dedicado su vida a estudiar los agujeros negros, ahora sabemos mucho sobre estos abismos infinitamente densos. Lo más probable es que no te encuentres con nada más extraño que un agujero negro, y aquí hay algunos hechos alucinantes para probarlo.

1. Un agujero negro es prácticamente invisible

Crédito: Giphy

Nada puede escapar de la atracción gravitatoria masiva de un agujero negro, ni siquiera la luz. Por lo tanto, no hay fotones que se reflejen y luego se puedan usar para obtener una imagen del agujero negro como un objeto, después de todo, se llama agujero negro por una razón.

Eso no quiere decir que no podamos detectarlos. Los astrofísicos usan proxies como la corriente de materia y energía extraída de una estrella desgarrada, por ejemplo. Las moléculas de gas comienzan a girar alrededor del agujero negro en forma de disco y emiten potentes rayos X. Los agujeros negros también se pueden detectar observando los movimientos de las estrellas cerca del agujero negro. Esto nos lleva a nuestra siguiente diapositiva.

2. Así es como se ve un agujero negro

Imagen que muestra la sombra de un agujero negro encontrado en el centro de la galaxia M87. Crédito: Colaboración EHT.

En abril de 2019, una gran colaboración de científicos internacionales hizo un anuncio histórico: capturaron la primera imagen de un agujero negro. Para ser más precisos, los investigadores tomaron imágenes del horizonte de eventos de los agujeros negros (el punto de no retorno). La imagen se construyó a partir de datos recopilados por observatorios de todo el mundo, que se combinaron para crear un telescopio virtual tan grande como la Tierra.

Hemos visto lo que pensábamos que era invisible, dijo Sheperd Doeleman, astrónomo de la Universidad de Harvard y del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, quien dirigió el proyecto detrás de la imagen del agujero negro. Hemos expuesto una parte de nuestro universo que nunca antes habíamos visto, agregó durante una conferencia de prensa en el National Press Club en Washington, DC.

3. Los agujeros negros son cualquier cosa menos vacíos

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No dejes que el nombre te engañe. Más bien, piense en algo inmensamente masivo empaquetado dentro de un volumen muy pequeño. Por ejemplo, una estrella miles de veces más masiva que el Sol se comprimió en una esfera de aproximadamente el diámetro de la ciudad de Nueva York. El resultado es un campo gravitatorio muy fuerte del que nada puede escapar, solo un agujero negro más masivo. Pero incluso entonces este último se comería al primero.

4. Los agujeros negros pueden alcanzar proporciones gigantescas (pero también pueden ser tan pequeños como un fotón)

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Los agujeros negros se clasifican en tres tipos según su masa, de la siguiente manera:

  • Agujeros negros estelares. Cuando una estrella grande se queda sin combustible, puede colapsar en un agujero negro. Todos los agujeros negros comienzan siendo pequeños y luego aumentan de tamaño a medida que consumen materia de toda la galaxia.
  • Agujeros negros supermasivos. Con un rango de cientos de miles a miles de millones de masas solares, los agujeros negros supermasivos pueden formarse de varias maneras. Por un lado, un pequeño agujero negro puede tener la suerte de encontrarse con una gran nube de gas. Cientos de miles de pequeños agujeros negros también pueden fusionarse para formar un agujero gigantesco. Finalmente, un cúmulo estelar, que es un grupo de muchas estrellas, puede colapsar todas juntas para formar un agujero negro supermasivo.
  • Agujeros negros intermedios. Recientemente, los astrofísicos de la NASA descubrieron que hay agujeros negros con masas entre variedades estelares y supermasivas. Estos agujeros negros de masa media se descubrieron por primera vez en 2014 y contienen la masa de unos pocos cientos a unos cientos de miles de soles.
  • BONIFICACIÓN: Agujeros negros primordiales. Estos hipotéticos agujeros negros podrían haberse formado poco después del Big Bang tras las interacciones de partículas de energía. Como tales, implican un modo de formación completamente nuevo, diferente del colapso de las estrellas que dan origen a los agujeros negros que todos conocemos. La NASA dice que estos agujeros negros actúan como materia oscura.

Hablando hipotéticamente, el agujero negro más pequeño podría ser del tamaño de la longitud de Planck, lo más pequeño que puede ser cualquier cosa. El LHC del CERN está tratando de producir agujeros negros cuánticos a energías de alrededor de 13 TeV (aproximadamente 10-20 gramos).

5. Hay un agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, cuatro millones de veces más masivo que el sol.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*) se puede ver en el centro de esta imagen. Crédito: NASA.

Prácticamente todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo, un agujero negro típicamente millones de veces más masivo que el sol en su centro. Nuestro agujero negro local se encuentra en una región conocida como Sagitario A* y se encuentra a unos 26 000 años luz del Sistema Solar. Afortunadamente, eso está cómodamente lejos. Tiene aproximadamente cuatro millones de veces la masa del Sol, que a su vez es aproximadamente un millón de veces más masivo que la Tierra.

Según el observatorio espacial Herschel de la ESA, hasta un año luz de distancia del centro de la Vía Láctea, el gas molecular se calienta a alrededor de 1000 °C. Eso es mucho más caliente que las nubes interestelares típicas, que generalmente están solo unas pocas decenas de grados por encima de los 273C del cero absoluto.

6. La idea de un objeto similar a un agujero negro ha existido durante siglos.

Karl Schwarzschild. Crédito: AIP.

No fue hasta 1967 que el físico de Princeton John Wheeler acuñó el término agujero negro, pero los científicos han estado describiendo objetos masivos hacinados dentro de pequeños volúmenes y teorizando lo que sucedería mucho antes de eso. Una confusión común es que Albert Einstein fue el primero en descubrir los agujeros negros, pero eso no es cierto en absoluto. Mientras que Einstein fue responsable de desarrollar la teoría de la relatividad general en 1915 que predice los agujeros negros, fue Karl Schwarzschild quien usó estas ecuaciones para demostrar que los agujeros negros, de hecho, existen.

Después de que Schwarzschild resolviera las ecuaciones, ideó el Radio de Schwarzschild, un umbral mínimo para que una masa colapse en un agujero negro. Cualquier masa teóricamente puede convertirse en un agujero negro si se cumple esta condición. Según esta teoría, si comprimieras la Tierra en una pequeña esfera con un radio de 8,9 mm, debería convertirse en un agujero negro. Para el sol, el radio de Schwarzschild es de tres kilómetros.

Pero incluso mucho antes que Einstein o Schwarzschild, en la década de 1790, John Michell de Inglaterra y Pierre-Simon Laplace de Francia independientemente sugirieron la existencia de una estrella invisible. Calcularon la masa y el tamaño que ahora se llama el horizonte de eventos que necesita un objeto para tener una velocidad de escape mayor que la velocidad de la luz. Sin embargo, sus resultados fueron erróneos porque utilizaron las leyes de Newton en lugar de la teoría general de la relatividad de Einstein.

7. Los objetos que caen a través de un agujero negro se vuelven espaguetis antes de desaparecer en el olvido.

Crédito: Youtube.

En el mismo centro de un agujero negro se encuentra la singularidad gravitacional. Es un punto unidimensional donde una gran masa se comprime en un espacio infinitamente pequeño. La densidad y la gravedad se vuelven infinitas y el espacio-tiempo se curva infinitamente. Eso es mucho infinito, lo suficiente como para marearte la cabeza. De hecho, ni siquiera las leyes de la física pueden soportar tanto infinito, aparentemente. Como dice el físico estadounidense Kip Thorne, [la singularidad] es el punto donde se rompen todas las leyes de la física.

Las ecuaciones procesadas hasta ahora sugieren que un objeto que cae en un agujero negro se espaguetiza o se estira a medida que se acerca a la singularidad. Si fueras tú quien estuviera cayendo dentro del agujero negro, podrías ver imágenes distorsionadas a medida que la luz se curva alrededor de tu punto de vista. Eventualmente, el objeto desgarrado pierde dimensionalidad por completo y desaparece en la singularidad. ¡Maricón!

8. Los agujeros negros no apestan

Impresión artística de una estrella desgarrada por la gravedad de un agujero negro. Crédito: Observatorio de rayos X Chandra.

De hecho, ¡son extrañamente geniales! Dejando a un lado las respuestas petulantes, existe la idea errónea de que los agujeros negros actúan como una especie de aspiradora enorme. Si bien sus verdaderos agujeros negros pueden atraer materia a velocidades increíbles, todo se debe a la gravedad, no a un ventilador misterioso. Si tuviera que reemplazar el sol con un agujero negro de igual masa, teóricamente hablando, todo en el sistema solar debería orbitar como de costumbre.

9. Los agujeros negros pueden detener el tiempo

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Si usara un traje espacial que lo hiciera inmune a la atracción gravitacional de un agujero negro, vería que los objetos que pasan a través del horizonte de eventos de los agujeros negros parecen disminuir la velocidad y luego congelarse en el tiempo. En otras palabras, es como si nunca hubieran atravesado el horizonte de eventos (el límite después del cual nada puede escapar de las garras de un agujero negro). Eso es porque el espacio-tiempo está distorsionado y la luz tarda más en llegar al cristal de tu telescopio. De hecho, lleva un tiempo infinitamente largo. A medida que pasa el tiempo, la luz se desplaza hacia el rojo y se vuelve más tenue a medida que su longitud de onda se vuelve más larga, y eventualmente desaparece de la vista del observador cuando se convierte en radiación infrarroja y luego en ondas de radio.

10. Los agujeros negros podrían crecer infinitamente

Crédito: Wikimedia Commons.

Los agujeros negros pueden seguir creciendo porque cualquier cosa (gas, líquido o materia sólida) que ingresa al horizonte de eventos es absorbida. Teóricamente, un agujero negro puede crecer indefinidamente. Sin embargo, hay evidencia que sugiere que los agujeros negros ultramasivos que se encuentran en los núcleos de algunas galaxias nunca parecen exceder los 10 mil millones de masas solares. Estudios recientes sugieren que es posible que el agujero negro no crezca físicamente más allá de esta masa porque entonces comenzarían a alterar los discos de acreción que los alimentan.

11. Los agujeros negros pueden ser agujeros de gusano

Crédito: Giphy

Un agujero de gusano o un agujero de gusano lorentziano es una especie de túnel teórico a través del espacio-tiempo, a menudo utilizado como el modo preferido de viaje interestelar en películas como Star Trek. La apertura es un atajo a través del espacio intermedio a otra ubicación en el Universo. Eso parece estar en marcado contraste con un agujero negro que es menos un embudo y más una picadora de carne. Sin embargo, algunos físicos afirman que hay muchas características que comparten tanto los agujeros negros como los agujeros de gusano. Quizás, un agujero de gusano es un agujero negro y viceversa.

Espera, se vuelve más raro

12. Los agujeros negros podrían generar nuevos universos

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Nuestro propio universo que tanto apreciamos podría haber nacido de un agujero negro y los miles de millones de agujeros negros en el universo podrían, a su vez, generar cada uno su propia versión del universo. Como se mencionó anteriormente, en la singularidad las leyes de la física se rompen. Algunos físicos especulan, sin embargo, que en realidad renacen de nuevo, en un universo bebé.

Una estrella que colapsa en un agujero negro muy rápidamente se reduce a una densidad infinita y el tiempo se detiene, eso es según la relatividad general. Y básicamente ese momento en que el tiempo se detiene es diferido por la mecánica cuántica, por la incertidumbre cuántica, y en lugar de colapsar hasta una densidad infinita, la estrella se colapsa hasta una cierta densidad extrema, y ​​luego rebota y comienza a expandirse nuevamente. Y esa estrella en expansión se convierte en el nacimiento de un nuevo universo. El punto donde termina el tiempo dentro de un agujero negro se une al punto donde comienza el tiempo en un Big Bang en un nuevo universo, dice el físico pionero Lee Smolin.

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