AGUJEROS NEGROS

Como ya se vio en Estrellas de Neutrones, cuando una estrella continúa contrayéndose la presión de degeneración provocada por los electrones es sustituida por la presión de degeneración provocada por los neutrones. Si se hacen los cálculos que llevó a cabo Chandrasekhar, en este caso también se encuentra que hay una masa máxima que puede tener una estrella de neutrones. Los cálculos nos dicen que esta masa es de 0.7 masas solares (MS). Sin embargo, si se estudia la ecuación de estado de una estrella de neutrones con más cuidado, la masa resulta ser de 3 MS. La evidencia observacional que se tiene hasta el momento confirma este último resultado, por lo que la masa crítica para estrellas de neutrones se toma como 3 MS. Si la masa de la estrella está por encima de ésta, la gravedad se impone a la presión de degeneración haciendo que la estrella se contraiga sin que exista algo que pueda detener esta contracción. Es aquí cuando la creación de un agujero negro es inevitable.

Un agujero negro lo podemos pensar como una cantidad de masa muy grande contenida en un solo punto, llamado comúnmente singularidad.  Esta concentración de masa crea un campo gravitacional tan grande que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz. La singularidad se encuentra envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Dicho horizonte de sucesos separa la región de agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir.

El hecho de que ni siquiera la luz pueda escapar de un agujero negro se debe a que la velocidad de escape dentro del agujero es mayor a la velocidad de la luz. La Relatividad Especial nos dice que NADA puede moverse más rápido que la luz.  El horizonte de sucesos mencionado arriba tiene un radio llamado el radio de Schwarzschild. En este radio la velocidad de escape es justamente la velocidad de la luz, por lo que una vez que se entra al horizonte no se puede salir. El radio de Schwarzschild es proporcional a la masa del agujero; es decir, si duplicamos la masa del agujero negro, su radio también se duplicará. Por ejemplo, si toda la masa del Sol fuera convertida en un agujero negro, ¡su radio de Schwarzschild sería de aproximadamente 3 km de radio!

Hasta la fecha la física en el interior de un agujero negro no se conoce; ya que para entender lo que pasa ahí dentro es necesario conocer las leyes que rigen la unión de la Relatividad General (escalas grandes) con la Mecánica Cuántica (escalas pequeñas). La unión de estas dos ramas de la Física continúa abierta. Es por eso que sólo se tiene estudiado lo que pasa fuera del horizonte de eventos del agujero negro.

A continuación se muestran los tres casos más generales que llevarían a la creación de un agujero negro:

Primer Caso

Se tiene una estrella de neutrones muy masiva, cerca del límite de masa que puede ser sostenido por la presión de degeneración de neutrones. El campo gravitacional de la estrella atrae gas que se encuentra en la vecindad de la estrella, el cual en la mayoría de los casos es gas de otra estrella; es decir, la estrella de neutrones se encuentra en un sistema binario. Este material se une a la estrella de neutrones haciendo que la masa exceda el límite permitido, y la estrella de neutrones se colapsa.

Segundo Caso

Supongamos que se lleva a cabo una explosión de supernova. Esta explosión lleva a la formación de una estrella de neutrones muy masiva, cerca del límite crítico de masa. Debido al campo gravitacional tan fuerte de esta estrella, parte de la materia que fue expulsada debido a la explosión es atraída por la estrella de neutrones. Al añadir esta materia a la estrella de neutrones, la masa sobrepasa el límite de masa permitido haciendo que la estrella de neutrones se colapse.

Tercer Caso

Si tenemos una súpergigante, al final de su vida sobreviene una explosión de supernova. El núcleo de la estrella se convierte en una estrella de neutrones. Al haber sido tan grande la estrella progenitora, la estrella de neutrones formada tiene una masa mayor a la masa crítica, por lo que la presión de degeneración no puede detener la contracción gravitacional.

A pesar de que la existencia de los agujeros negros se podía predecir a partir de la Relatividad General de Einstein, por muchos años los científicos se negaban a aceptar esta posibilidad, ya que la física que está presente dentro de un agujero negro debe ser muy diferente a la física que conocemos.

Detección de Agujeros Negros

A pesar de que los agujeros negros no son luminosos, su campo gravitacional es muy intenso. Encontrar un agujero negro aislado es muy difícil, sin embargo si se encuentra cerca de otros objetos es posible inducir su presencia debido a la atracción gravitacional que siente el otro objeto. Es por eso que el estudio de sistemas binarios es de gran importancia para la detección de agujeros negros.