AGUJEROS NEGROSLa nueva Astronomia
Por: hoover
El concepto del Hueco Negro es un aspecto importantísimo de la Teoría de la Evolución de las Estrellas y clave en la Cosmología del Universo. Para explicar lo que es un Hueco Negro antes debemos explicar cómo se desarrolla la vida de una estrella. En el siguiente parágrafo se explica las fases de la evolución de una estrella. Si esto resulta demasiado largo, se le puede saltar para pasar directamente al tema del hueco negro en el párrafo que continúa.
Una estrella nace cuando una nube de gas y polvo interestelar se condensa o aglutina gradualmente por efecto de la atracción gravitatoria. Generalmente más del 90% de la masa es hidrógeno y helio. Al inicio el choque y rozamiento de las partículas y moléculas aumenta la temperatura y la presión del gas hasta que empieza a brillar en forma tenue como brilla un metal al calentarse. No habiendo quien contenga a la atracción gravitatoria, la masa de gas y polvo se va condensando cada vez más mientras eleva su temperatura y presión. Al llegar a los 1,500º centígrados las moléculas se disocian en átomos por el calor y la mayoría de las partículas están vaporizadas. La temperatura y presión continúan elevándose hasta que a los 10,000º C la energía con la que los átomos de hidrógeno chocan entre sí hace que el electrón de su átomo quede libre, separado de su núcleo. Esto es lo que se llama la ionización del hidrógeno. Al llegar a los 100,000º prácticamente todo el gas, incluido el hidrógeno y el helio, están ionizados. La gran nube de gas y polvo es ahora una proto-estrella cuyo brillo proviene principalmente del efecto térmico que producen los rozamientos y choques entre los átomos. La ionización del gas retrasa la contracción de la estrella porque la energía producida por los choques se contrapone a la atracción gravitatoria. Este es un estado llamado de "equilibrio hidrostático". Pero la contracción no se detiene. Después de muchos miles ó millones de años la energía térmica se va disipando y la atracción gravitatoria retoma gradualmente su papel en la contracción. Poco a poco la contracción en el centro se hace tan grande que los átomos que chocan entre sí funden sus núcleos en una reacción nuclear que genera enorme cantidad de energía convirtiendo a la protoestrella en una verdadera estrella alimentada por el combustible nuclear. La energía nuclear nuevamente detiene la contracción al contraponerse a la atracción gravitatoria, manteniendo un equilibrio que dura desde millones hasta miles de millones de años, dependiendo del tamaño de la estrella.
Imagen en Infrarojo del centro Galatico donde posiblemente hay un Agujero NegroEsta etapa de la vida de la estrella se llama Fase de la Secuencia Principal y es la de mayor duración y por tanto el estado "normal" de las estrellas que vemos en el cielo. La Fase de la Secuencia Principal termina cuando el hidrógeno del centro de la estrella se agota porque las reacciones nucleares lo han convertido en helio. Entonces las reacciones nucleares del hidrógeno continúan en las capas exteriores de la estrella rodeando el centro formado por helio, el cual aún no reacciona porque requiere de una mayor temperatura y una mayor presión que la que necesitó el hidrógeno. Esto produce gradualmente la expansión de las capas exteriores de la estrella convirtiéndose en una gigante roja, estrellas de diámetro gigantesco pero de temperatura relativamente baja en su exterior. Tarde o temprano el hidrógeno se irá consumiendo y convirtiendo en helio, aumentando la presión contra el centro y elevando su temperatura hasta alcanzar los 100 millones de grados necesarios para que los átomos de helio reaccion nuclearmente entre sí convirtiéndose en átomos de carbono. Estas reacciones son bastante rápidas y debido a que las capas intermedias de la estrella, aún consumiendo hidrógeno, son bastante opacas, la temperatura central de la estrella se eleva rápidamente hasta que, llegado cierto límite de temperatura, las capas intermedias se expanden violentamente en lo que se llama un destello de helio, que puede provocar la expulsión de capas exteriores de la estrella pero que no la destruyen. Esta inestabilidad es la que produce las burbujas de gas llamadas nebulosas planetarias y pueden repetirse en la vida de la estrella. Mientras tanto el helio sigue convirtiéndose en carbón. Con las capas más interiores con mayor presión y temperatura, el carbón se convierte en oxígeno, luego en nitrógeno, y así sucesivamente hasta llegar al hierro, en capas que dan la apariencia de una cebolla. En las estrellas cuya masa es menor que 3 veces la masa del Sol, la temperatura nunca llega a ser lo suficiente como para que el carbón de su núcleo inicie su conversión en elementos más pesados y así el destino de la estrella es terminar su vida como una estrella enana blanca. En estrellas de mayor masa, la conversión del carbón ó del oxígeno ocurre en la forma de destellos de carbón ó destellos de oxígeno, los cuales son tan poderosos comparados con el destello de helio que la estrella puede explotar como una supernova con la probabilidad de destruir completamente la estrella. Cuando la estrella tiene una masa mayor que 15 veces la masa del Sol, la enorme masa y presión de las capas intermedias puede absorber los destellos y permitir que los elementos continúen su conversión nuclear hasta llegar al hierro. En estas estrellas hay un precario equilibrio de capas de silicio reaccionando fuera del núcleo de hierro y dentro de una capa de oxígeno, la que a su vez reacciona dentro de una capa de oxígeno, dentro de otra capa de carbón, dentro de otra de helio, dentro de otra de hidrógeno. Estas capas se forman en muy poco tiempo (¿semanas?) provocando el colapso del núcleo en una fracción de segundo, cuando la energía de los destellos no puede contener la fuerza gravitatoria. El colapso produce una explosión gigantesca que expulsa las capas exteriores de la estrella convertida en supernova y dejando el nucleo central colapsado en un amasijo de electrones, protones y neutrones, tan compactado por la atracción gravitatoria en un volumen tan reducido que los electrones y protones se combinan entre sí para producir neutrones. Al final, la masa central que queda, conteniendo únicamente neutrones, es lo que se denomina una estrella de neutrones ó pulsar, una estrella tan compacta y densa que puede contener toda la masa del Sol en un volumen tan reducido como una montaña (Una cucharadita de la masa de un pulsar puede pesar 60 millones de kilos). Si la masa del núcleo fuera lo suficientemente grande, probablemente se formará un Hueco Negro.
En el parágrafo anterior se explica que durante la mayor parte de la vida de una estrella las reacciones nucleares que convierten hidrógeno en helio producen la energia que se contrapone y balancea la contracción producida por la atracción gravitatoria de la estrella sobre si misma. Cuando se agotan las reacciones nucleares que dieron vida a una estrella durante millones de años, la atracción gravitatoria lleva al colapso de la estrella sobre su núcleo y provoca una explosión colosal que expulsa las capas exteriores de la estrella. Si la estrella tiene una masa entre 3 y 15 veces la masa del Sol, la explosión deja un núcleo muy compacto y altamente denso conformado íntegramente por neutrones, conocido como una estrella de neutrones ó pulsar. Sin embargo, si la masa de la estrella es de más de 15 veces la masa del Sol, el núcleo final resultante de la explosión puede ser tan denso y compacto que su fuerza gravitatoria domina todas las otras fuerzas, siendo aún más grande que la fuerza con que se soportan los neutrones. Entonces al colapsar esta estrella, la contracción no se detiene y teóricamente la masa desaparece en un punto. El Hueco Negro es negro porque es tan fuerte su atracción gravitatoria que ni la luz puede escapar de él y, por tanto, no se le puede ver.
Este es el posible Agujero Negro mas cercano a la Tierra. A solo 1.500 años luz es denominado V4641 Sgr. (Robert M. Hjellming - VLA)Las propiedades de un Hueco Negro son tan extrañas en relación a nuestras ideas cotidianas que se requiere mucho esfuerzo para entenderlas, basados en la Teoría General de la Relatividad. Existe, por ejemplo, el llamado horizonte de eventos, que es la distancia desde el centro del Hueco Negro donde la velocidad de escape, necesaria para vencer la fuerza de atracción del hueco negro, es igual a la velocidad de la luz. Quiere decir que cualquier objeto ó partícula más cercano al centro que dicha distancia (también llamada radio de Schwarzschild) debería tener una velocidad mayor a la velocidad de la luz para escapar de la atracción y no caer en su centro. Ya que según la Teoría de la Relatividad la velocidad de la luz es la máxima velocidad del universo, ningún objeto ó partícula dentro del horizonte de eventos podrá escapar de la atracción y por tanto caerá al centro del hueco negro y desaparecerá. En las inmediaciones del Hueco Negro, el espacio-tiempo es alterado relativísticamente. Mientras un observador cayendo hacia el Hueco Negro verá en su reloj que llegará al centro en un tiempo finito, un observador exterior verá que su velocidad se reduce hasta detenerse al llegar al horizonte. Un objeto que se acerca al Hueco Negro será destrozado y convertido en átomos y partículas elementales por las fuerzas tidales. Las mismas partículas elementales deben destruirse y convertirse en un estado de la materia para el cual la física de hoy no puede explicar cómo es ni qué es. La única forma en que puede detectarse la presencia de un Hueco Negro es por la radiación que despide el gas que está cayendo sobre él. Hasta hoy no se tiene certeza completa de la existencia de los Huecos Negros y aún siguen sólo como una teoría, aunque existen algunos cuantos candidatos que presentan indicios de ser Huecos Negros.