Como se forman los agujeros negros

Quién descubrió los agujeros negros

Los microagujeros negros, también llamados agujeros negros mecánicos cuánticos o miniagujeros negros, son hipotéticos agujeros negros diminutos, en los que los efectos mecánicos cuánticos desempeñan un papel importante[1] El concepto de que pueden existir agujeros negros de tamaño inferior a la masa estelar fue introducido en 1971 por Stephen Hawking[2].

Es posible que tales agujeros negros primordiales cuánticos se crearan en el entorno de alta densidad del Universo primitivo (o Big Bang), o posiblemente a través de transiciones de fase posteriores. Podrían ser observados por los astrofísicos a través de las partículas que se espera que emitan por radiación Hawking[3].

Algunas hipótesis que implican dimensiones espaciales adicionales predicen que los microagujeros negros podrían formarse a energías tan bajas como el rango de los TeV, que están disponibles en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones. En ese caso, se ha planteado la preocupación popular por los escenarios del fin del mundo (véase Seguridad de las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones). Sin embargo, tales agujeros negros cuánticos se evaporarían instantáneamente, bien totalmente o dejando sólo un residuo de interacción muy débil[cita requerida] Al margen de los argumentos teóricos, los rayos cósmicos que golpean la Tierra no producen ningún daño, aunque alcanzan energías en el rango de cientos de TeV.

Agujeros negros estelares

Muy, muy lejos, en el límite del universo observable, se esconde el misterio de los agujeros negros que tienen entre millones y miles de millones de veces la masa del sol. Agujeros negros igualmente monstruosos existen en el centro de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea, porque han tenido miles de millones de años para devorar mucho gas y polvo. Pero, ¿cómo es posible que los agujeros negros hagan lo mismo en el borde del universo, en el universo primitivo, donde hay comparativamente poca materia para alimentarlos, y poco tiempo (menos de mil millones de años) para que la consuman?

Estas son las preguntas que Kohei Inayoshi, astrofísico teórico de la Universidad de Columbia y miembro de la Simons Society of Fellows, está tratando de responder. También está estudiando la relación entre las primeras estrellas del universo, la radiación relicta del Big Bang y las ondas gravitacionales. Inayoshi habló recientemente conmigo sobre su trabajo; a continuación, una versión editada de la entrevista.

Una de las formas en que se forman los agujeros negros es a través de las explosiones de estrellas masivas. Si una estrella con una masa superior a 30 veces la del sol deja de fusionar átomos en su núcleo para producir energía, el núcleo puede colapsar, la estrella puede explotar y se forma un agujero negro. Mi investigación se centra en crear escenarios en los que un agujero negro podría crecer muy rápidamente en el universo primitivo. Tenemos que pensar en cosas muy locas, como estrellas con 100.000 veces la masa del sol. Las llamamos estrellas supermasivas.

Reinhard genzel

El agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia elíptica supergigante Messier 87, con una masa de unos 7.000 millones de veces la del Sol,[1] tal y como se representa en la primera imagen en falso color en ondas de radio publicada por el Event Horizon Telescope (10 de abril de 2019).[2][3][4][5] Son visibles el anillo de emisión en forma de media luna y la sombra central,[6] que son vistas ampliadas gravitacionalmente del anillo de fotones del agujero negro y la zona de captura de fotones de su horizonte de sucesos. La forma de media luna se debe a la rotación del agujero negro y a los rayos relativistas; la sombra es aproximadamente 2,6 veces el diámetro del horizonte de sucesos[3].

Simulación animada de un agujero negro de Schwarzschild con una galaxia que pasa por detrás en un plano perpendicular a la línea de visión. Alrededor y en el momento de la alineación exacta (syzygy), se observa una lente gravitacional extrema de la galaxia por parte del agujero negro.

Un agujero negro es una región del espaciotiempo en la que la gravedad es tan fuerte que nada -ninguna partícula ni siquiera la radiación electromagnética, como la luz- puede escapar de él[7] La teoría de la relatividad general predice que una masa suficientemente compacta puede deformar el espaciotiempo hasta formar un agujero negro[8][9] El límite de no escape se llama horizonte de sucesos. Aunque tiene un enorme efecto sobre el destino y las circunstancias de un objeto que lo cruza, según la relatividad general no tiene características localmente detectables[10] En muchos sentidos, un agujero negro actúa como un cuerpo negro ideal, ya que no refleja la luz[11][12] Además, la teoría cuántica de campos en el espaciotiempo curvo predice que los horizontes de sucesos emiten radiación Hawking, con el mismo espectro que un cuerpo negro de una temperatura inversamente proporcional a su masa. Esta temperatura es del orden de mil millonésimas de kelvin para agujeros negros de masa estelar, lo que hace que sea esencialmente imposible de observar directamente.

¿cuándo llegará un agujero negro a la tierra?

Existen cuatro tipos diferentes de agujeros negros, y cada uno de ellos es una bestia misteriosa. Estos goliats gravitacionales acumulan tanta materia en un espacio tan reducido que forman una clase de objetos diferente a cualquier otro en el universo. Pero, ¿cómo se forman los distintos tipos de agujeros negros? Para responder a esta pregunta, primero debemos especificar de qué tipo de agujero negro estamos hablando. Las opciones son: agujero negro de masa estelar, agujero negro de masa intermedia, agujero negro supermasivo o, quizás, agujero negro primordial.

Los agujeros negros más conocidos, los agujeros negros de masa estelar, se forman cuando una estrella masiva llega al final de su vida e implosiona, colapsando sobre sí misma. Sin embargo, si la estrella que implosiona tiene entre ocho y 20 veces la masa del Sol, no formará un agujero negro. En su lugar, el material que colapse rebotará en su núcleo, provocando su erupción como supernova.

Pero si la estrella que colapsa es mayor que unas 20 veces la masa del Sol, su núcleo no es lo suficientemente fuerte como para detener la implosión. De hecho, no existe ningún mecanismo que pueda evitar que una estrella de este tipo colapse en un agujero negro.