Breve guía para entender qué son los agujeros negros

Tras muchas décadas de estudio y gracias al uso de técnicas muy precisas, cada vez sabemos más sobre estos misteriosos y descomunales cuerpos del cosmos. Astrónomos de todo el mundo trabajan en red con potentes telescopios para entenderlos mejor.

12/05/2022 - 08:00 CET
Actualizado el Añadida imagen e información sobre la nueva fotografía tomada a Sagitario A*
 
agujero negro

Primera imagen captada del agujero negro que se sitúa en el corazón de nuestra galaxia. / EHT Collaboration

¿Qué es un agujero negro?

Es un objeto astronómico con una fuerza gravitatoria tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él. Como explica la NASA, la “superficie” de un agujero negro se denomina horizonte de sucesos. Este horizonte define el límite donde la velocidad necesaria para escapar del agujero excede la velocidad de la luz (que es el límite de velocidad en el cosmos). La materia y la radiación son atrapadas pero no pueden salir.

Este horizonte no se trata de una superficie material, sino de un límite exterior imaginario, un punto de no retorno: todo lo que atraviesa este límite cae al interior, según indica la Sociedad Española de Astronomía.

¿Qué tipos de agujeros negros existen?

Se han estudiado en profundidad dos clases de agujeros negros. Los agujeros negros de masa estelar, de tres a docenas de veces la masa del Sol, se extienden por toda nuestra galaxia, la Vía Láctea. El otro grupo lo formarían objetos supermasivos que pesan entre 100.000 a miles de millones de masas solares y se encuentran en los centros de la mayoría de las galaxias grandes, incluida la nuestra. Es el caso de Sagitario A* (o SgrA*).

Además, se ha detectado una tercera clase denominada agujeros negros de masa intermedia, con un peso de entre 100 a más de 10.000 masas solares. El 21 de mayo de 2019, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO por sus siglas en inglés) detectó las ondas gravitacionales de una fusión entre dos agujeros negros de masa estelar; este evento, denominado GW190521, creó un agujero negro que pesaba 142 soles.

Fusión agujeros negros
Interpretación artística del aspecto que podría presentar GW190521. Raúl Rubio / Virgo Valencia Group.

¿Cómo se originan?

Un agujero negro de masa estelar se forma cuando una estrella de más de 20 masas solares agota el combustible en su núcleo y colapsa hacia su propio centro gravitatorio. El colapso desencadena la explosión de una supernova que expulsa las capas exteriores de la estrella. Pero si el núcleo aplastado contiene más de tres veces la masa del Sol, ninguna fuerza podrá detener su colapso en un agujero negro. Se tiene poco conocimiento sobre el origen de los agujeros negros supermasivos, pero se sabe que existen desde los primeros días de vida de una galaxia.

Una vez formados, los agujeros negros crecen por la acumulación de la materia que atrapan, incluyendo el gas desprendido de estrellas vecinas e incluso otros agujeros negros.

¿Dónde se ubica Sagitario A*?

El agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra, bautizado como Sagitario A* o SgrA*, se encuentra a 26.000 años luz de distancia, en el centro de la Vía Láctea. Este monstruo gravitatorio, con una masa cuatro millones de veces la del Sol, está rodeado por un pequeño grupo de estrellas orbitando a su alrededor a gran velocidad, como informa el Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés).

Este ambiente extremo (el campo gravitatorio más potente de nuestra galaxia), es el lugar perfecto para explorar la física de la gravedad y, en concreto, para probar la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

¿Cuándo se descubrió?

Como explica el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) en un artículo publicado por Silbia López de Lacalle, aunque el objeto que hoy conocemos como Sagitario A* se descubrió en 1974, “pasaron décadas hasta que ese objeto puntual que detectaron los radiotelescopios en las regiones centrales de la Vía Láctea fuera confirmado como un agujero negro supermasivo”.

A finales del siglo pasado se obtuvo una primera evidencia, gracias al estudio del movimiento de las estrellas cercanas: no solo detectaron velocidades extremas (1.500 kilómetros por segundo) en órbitas muy pequeñas en torno a SgrA*, sino que hallaron que la velocidad de las estrellas aumentaba hacia las cercanías del objeto, “lo que constituye un claro indicio de que se encuentran bajo la influencia de un campo gravitatorio muy intenso que debe ser causado, además, por un objeto muy compacto”, según López de Lacalle.

En 2002 se determinó la órbita de la estrella S2, que dibuja una elipse muy pronunciada en torno a SgrA*. “Gracias a los datos sobre las órbitas estelares (y a otros obtenidos con redes de radiotelescopios) se pudo calcular la masa de Sagitario A*, que equivale a unos cuatro millones de soles, y se confirmó que se halla contenida en un volumen muy reducido]. Ya no cabía duda: habían encontrado el agujero negro central de la Vía Láctea”, señala la divulgadora científica. El hallazgo de este agujero negro fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 2020.

¿Se ha conseguido alguna imagen de un agujero negro?

Sí, en dos ocasiones. El 10 de abril de 2019, investigadores del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés) mostraron la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y de su sombra. La imagen muestra el agujero negro en el centro de Messier 87 (M87), una galaxia masiva situada en el relativamente  cercano cúmulo de galaxias Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol.

Para lograr esta imagen se conectaron las señales de ocho radiotelescopios repartidos por todo el planeta y se logró formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución sin precedentes, como informó la agencia SINC. En el hito histórico participaron varios equipos de astrónomos españoles, entre ellos, el observatorio español IRAM desde Sierra Nevada.

La segunda fotografía realizada por el EHT se presentó el 12 de mayo de 2022. En este caso, corresponde a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. Este resultado constituye una evidencia abrumadora de que el objeto es realmente un agujero negro y aporta pistas sobre el funcionamiento de estos gigantes que, se cree, residen en el centro de la mayoría de las galaxias.

De nuevo, la imagen era obtenida por un equipo de investigación global, utilizando observaciones con una red mundial de radiotelescopios, que funciona como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Los resultados se publicaron en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

¿Qué tienen que ver las ondas gravitacionales con los agujeros negros?

Su hallazgo fue otro hito revolucionario que les valió el Premio Nobel a sus descubridores en 2017 y todo un ejemplo de colaboración internacional. Cuando los agujeros negros chocan entre sí, provocan un fenómeno tan violento que su eco es capaz de llegarnos miles de millones de años después a través de ondas gravitacionales

El primer hallazgo registrado se produjo en 2015 cuando los científicos detectaron por primera vez las ondas gravitacionales, las mismas ondas del tejido del espacio-tiempo que un siglo antes había predicho Albert Einstein, en su teoría general de la relatividad. LIGO detectó las ondas de un evento ocurrido hace 1.300 millones de años, conocido como GW150914, en el que dos agujeros negros giraban entre sí, en espiral, mientras se fusionaban. Desde entonces y a través del estudio de las ondas gravitacionales, LIGO y otras instalaciones han observado numerosas fusiones de agujeros negros.

¿Realmente no puede emitir nada un agujero negro?

En los años 70, el astrofísico Stephen Hawking predijo que un agujero negro podría emitir espontáneamente pares de partículas. Según su teoría, una de ellas sería tragada por el agujero pero la otra escaparía hacia fuera, lo que un observador externo vería como una emisión espontánea de radiación por parte del agujero.

"El problema es que esa emisión es muy débil. Si asociamos una temperatura a este espectro, sería muy pequeña, por lo que detectarla es una tarea casi imposible”, señalaba Juan Ramón Muñoz de Nova, investigador del departamento de Física de Materiales de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) y del Instituto Tecnológico de Israel (Technion) en una nota de prensa.

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