Los agujeros negros

Los agujeros negros son zonas donde la gravedad es tan elevada que ni siquiera la luz puede escapar de ellos. Los hay de masa estelar (varias veces mayores que el Sol) hasta agujeros negros super masivos, con la masa de varios miles o millones de masas solares.

En el caso de una estrella, es una masa de gas enorme, en equilibrio radiativo.

Ese equilibrio puede romperse cuando se acaba el combustible nuclear. Allí solo queda la gravedad como fuerza preponderante, y la estrella se contrae.


Cuando el núcleo de la estrella supera las dos masas solares, nada puede detener el colapso gravitacional. Los primeros modelos de un agujero negro (aunque eran diferentes a la concepción moderna), son del siglo XVIII, donde sugerían que podría haber objetos tan grandes en el espacio, que su gravedad no dejaría escapar la luz.


El concepto un poco más moderno de agujero negro lo desarrolló el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en 1916 sobre la base de la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Es una sofisticación de las ideas de 1700, calculó en base a la ecuación de velocidad de escape de un astro, cual era la masa de un objeto cuando la velocidad de escape era la velocidad de la luz (300 mil kilómetros por segundo). Esto le dió el primer modelo de AN, que se denomina “no rotacional”, porque no tiene en cuenta los fenómenos de rotación ni de campos de fuerza.

Recien Oppenheimer en 1939, presento un paper con la idea mas moderna, donde explicaba que era posible la formación natural de un AN, por una estrella masiva que al acabarse su combustible nuclear, la gravedad ganaría la pulseada y se comprimiría infinitamente. Sin embargo, la comunidad astronómica solo creía que eran objetos teóricos, sin existencia real.


Posteriormente Kerr, en la década del ´60, hizo algunos modelos mejorados de AN rotacionales, más parecidos a los objetos reales.

Stephen Hawking hizo algunos modelos aún mejores, donde se pudo calcular que a pesar de ser tan extraños, los AN tendrían una temperatura asociada (temperatura de Hawking). Igualmente son muy fríos, del orden del milésimo de kelvin, y con la característica extraña de que cuando más masivo es el AN, más frío se encuentra.

Desde el punto de vista de la Relatividad general, son lugares donde se curva tanto el espacio que se rompe la estructura del espacio-tiempo.

El video muestra como comprimiendo se puede obtener un AN, y los distintos tamaños y masas.

Los AN tienen una estructura particular. En el núcleo, jamás visible desde afuera, esta la “singularidad”, que es el objeto colapsado. Mas allá hay una zona de influencia, que no es un objeto físico, sino un limite, llamada “horizonte de sucesos”, dividido en dos partes (externo e interno). Este horizonte marca el dominio del AN. Si estás por fuera del límite, hay posibilidades de escapar de su influencia. Si estas apenas dentro del límite, ya no hay manera de escapar. Además, una vez dentro, deja de ser visible el resto del Universo, y sólo se ve el interior del AN.

Por una cuestión de conservación del momento angular, la velocidad de rotación de estos objetos es enorme.

¿Como detectarlos?

Como detectar un objeto cuya característica fundamental es no emitir radiación?. La única forma es por la influencia que ejerce sobre los astros cercanos a el.

Inicialmente, se empezaron a encontrar estrellas dobles, una de cuyas componentes parecía girar alrededor de algo invisible, de una gran masa.

Posteriormente se ha encontrado que en casi todas las galaxias espirales hay un agujero negro super masivo (de varias millones de masas solares).

Se han visto estrellas cercanas a el, que viajan a varios miles de kilómetros por segundo para no caer sobre el.

Se ha logrado la primer imagen real de un AN en 2019 (Del centro de la Vía Láctea).

El disco de Acrecion

El AN logra "chupar" la materia que tiene alrededor, pero antes de cruzar el horizonte de eventos, se arremolina a su alrededor, formando un disco de material que va cayendo en espiral hacia él. Este disco, al estar en rotación muy rápida  una fracción considerable de la velocidad de la luz) alcanza temperaturas de varios millones de grados, lo que genera una gran emisión de rayos X y Gamma.

Los Jets

El AN emite dos jests de material y energía a alta velocidad perpendiculares al disco de acrecion, y no esta muy claro el mecanismo de su formación. Lis jets son tan poderosos que en el caso de los asociados a AN supermasivos, pueden tener longitudes de 1 millón de anos-luz... varias veces el tamaño de la galaxia que lo contiene.
  

En 2019 y 2022 se obtuvieron las primeras imagenes reales de los AN asociados al nucleo de la galaxia M87 y de nuestra galaxia.