Agujeros Negros: todo lo que hay que saber
La reciente fotografía de un agujero negro supermasivo ubicado en la Vía Láctea, despertó aún más la curiosidad sobre estos objetos. Qué son, cuál es la tipología y porqué es importante su investigación.
Reproducción artística del cuásar P172+18, el más distante detectado hasta la fecha, con 13.000 millones de años-luz. El agujero negro fue detectado por la instalación Very Large Telescope (VLT) del European Souther Observatory (ESO) a partir de los inmensos chorros de ondas de radio que lanza en dirección a la Tierra.
Los agujeros negros y sus misterios despiertan la imaginación e inspiran libros y películas de todo tipo. Pero esa fascinación también abarca el mundo de las ciencias desde que el célebre físico Albert Einstein predijo la existencia de los agujeros negros en su Teoría General de la Relatividad.
Más de un siglo después de la formulación de la hipótesis de Einstein, los avances tecnológicos en materia de observación espacial permitieron fotografiar por primera vez un agujero negro en 2019 y poco después, en 2022, un esfuerzo global llevó a la obtención de las primeras imágenes del agujero negro supermasivo localizado en el centro mismo de la Vía Láctea: Sagitario A*.
Las primeras fotografías de Sagitario A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea
El jueves 12 de mayo de 2022 el mundo conoció las primeras fotografías de Sagitario A* (que debe ser leído como “sagitario a estrella”), gracias a una red global de telescopios llamada Event Horizon Telescope (EHT).
Según informaron los científicos, la masa de este gigante cósmico es superior a la de cuatro millones de soles combinados. Pese a que no es posible ver el agujero negro en sí, porque es completamente oscuro, el gas brillante a su alrededor revela un área central (la llamada área de sombra) en torno al cual gira un anillo incandecente de gas, polvo y estrellas.
La fotografía, obtenida a través de una combinación de ocho observatorios distribuidos por todo el planeta, constituye un verdadero hito para la astronomía. Los científicos ya habían identificado estrellas que giraban alrededor de algo invisible, compacto y muy denso en el centro de la Vía Láctea, lo que sugería que este objeto (Sagitario A*) era efectivamente un agujero negro.
La imagen divulgada provee la primera evidencia visual y directa de esas suposiciones. “Es un momento emocionante, es nuestro propio agujero negro supermasivo”, comentó mediante videollamada con National Geographic la doctora en astrofísica Roberta Duarte, del Grupo de Agujeros Negros del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas de la Universidad de São Paulo (IAG-USP), Brasil.
Primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.
Montaje de los observatorios de radiotelescopios que forman parte de la red Event Horizon Telescope (EHT), una iniciativa global que permitió obtener la primera imágen de Sagitario A*.
¿Qué es un agujero negro?
Los astrónomos y físicos suelen definir a los agujeros negros como espacios de materia extremadamente densa. Objetos cuya masa es tan condensada que distorsionan drásticamente el tejido espacio-tiempo. “Son regiones del espacio en los cuales el campo gravitacional es tan fuerte que ni siquiera la luz consigue escapar”, explicó mediante videollamada con National Geographic el astrofísico Rodrigo Nemmen, investigador del IAG-USP.
De acuerdo con Nemmen, para comenzar a entender a los agujeros negros es necesario recurrir a la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein. A inicios del siglo XX, el físico alemán propuso que el universo existía en una geometría cuatridimensional conocida como espacio-tiempo: “Einstein introdujo la noción de que el tiempo no era absoluto, pero que también sería una dimensión (con profundidad, anchura y altura), lo que lo vuelve relativo, por eso el nombre de la teoría”.
De todos modos, eso no era suficiente para explicar los fenómenos espaciales. Así, Einstein incluyó también en su teoría a la gravedad como una de las fuerzas de las cuales depende la masa de los objetos.
La presencia de cuerpos con enormes cantidades de masa haría que el espacio-tiempo se curvara en lo que los científicos llaman campo gravitacional. Cuanto mayor es la masa, más grande es el campo gravitacional (curvatura) y la distorsión del tiempo-espacio. En la práctica, eso significa que en el Sol, por ejemplo, el tiempo fluye más despacio que en la Tierra.
De acuerdo con Nemmen, “Einstein consiguió con eso predecir la existencia de los agujeros negros en 1916, pero en aquella época ni siquiera él mismo creía mucho en sus cálculos y luchaba con las consecuencias inexorables de su propia teoría”.
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¿Cómo se forman los agujeros negros?
La mayoría de los agujeros negros son formados por restos condensados de una estrella masiva. En otras palabras: se trata de lo que queda después de la muerte de una estrella grande, con una masa de al menos tres estrellas similares al Sol.
Las estrellas, explicó Nemmen, funcionan por reacciones de fusión nuclear, lo que significa que funden el hidrógeno en helio en sus núcleos, un proceso mediante el cual pierden una pequeña proporción de masa que se convierte en una enorme cantidad de energía. Ese es el origen de su brillo.
Cuando ese combustible (el hidrógeno) se acaba, las estrellas mueren; y cuando eso ocurre, el equilibrio se inclina hacia la gravedad y el núcleo comienza a colapsar. Algunas estrellas, cuya masa es igual o menor a la del Sol, terminan convirtiéndose en enanas blancas.
Pero las estrellas mayores (con una masa superior a 10 soles) suelen causar un colapso gravitacional al morir, explotando en una supernova que produce un agujero negro.
Mira este video para saber más en profundidad el origen de los agujeros negros:
Tipos de agujeros negros
Los agujeros negros se clasifican según su tamaño. Primero están los agujeros negros estelares, que poseen entre tres y 100 masas solares. “Este es el tipo más común encontrado en el universo y normalmente se los encuentra orbitando una estrella menos masiva o incluso otro agujero negro, en una danza gravitacional”, dijo Duarte.
Recientemente, uno de esos agujeros negros estelares fue encontrado a apenas 1.500 años-luz de la Tierra, lo que lo convierte en el agujero negro más próximo de nuestro planeta. Bautizado como Unicornio, este objeto también es el menor registrado hasta el momento, con apenas tres masas solares.
La segunda categoría está compuesta por los agujeros negros intermedios, cuya masa varia de 100 a 10.000 soles.
Por último, existen los supermasivos, mayores a 10.000 masas solares, categoría en la que encaja Sagitario A*. Tanto Duarte como Nemmen coinciden en que esos agujeros negros son los que se pueden encontrar en el centro de de las galaxias. “La hipótesis”, dijo Duarte, “es que buena parte de las galaxias tiene un agujero negro supermasivo en el centro y esta idea se viene sosteniendo desde la década del ‘60, cuando pudimos observar cuásares en el centro de galaxias muy distantes”.
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Los cuásares son agujeros negros supermasivos extremadamente activos, cuya tasa de acreción (la velocidad con la que se alimenta de materia medida en masas solares por año terrestre) es muy alta. De acuerdo con Nemmen, “los cuásares son observados sólo en el universo muy antiguo, que está muy lejos de nosotros. La forma en que se alimentan es intensa, haciendo con que el gas y la materia que los rodean sean tan brillantes que llegan a ofuscar la galaxia entera en la que se encuentran”.
¿Qué tan viejo es el Universo y cuál es su origen? Las respuestas en este video:
¿Por qué es importante investigar los agujeros negros?
Observando las borrosas fotografías de Sagitario A* y de M87, el primer agujero negro supermasivo fotografiado desde la Tierra, resulta curioso que se genere tanto alboroto por algo que ni siquiera puede verse bien.
Para los astrofísicos, a pesar de que estos descubrimientos no impactan directamente en nuestras vidas, entender mejor los agujeros negros, principalmente los supermasivos, puede ayudar a la comunidad científica a entender mejor el origen y la historia del universo. “Los agujeros negros son los cuerpos más extraños y encantadores del cosmos. Ellos, literalmente, distorsionan las nociones de tiempo y espacio en una existencia tan compleja como el universo en sí”, comentó Nemmen.
De acuerdo con Duarte, las fotografías de agujeros negros (que, según enfatiza, son extremadamente nítidas, considerando la distancia a la que se encuentran) permiten observar la gravedad en su punto más extremo, algo que todavía falta entender del todo: “¿Qué mejor para entender la gravedad que estudiar un objeto compuesto de, precisamente, gravedad?”.
Según la especialista, estudiar los agujeros negros posibilitará resolver cuestiones que todavía ni siquiera fueron planteadas, así como los estudios de la física polaca Marie Curie sobre radioactividad en 1898 ayudaron al desarrollo de los tratamientos contra el cáncer, pese a que no era ese el objetivo inicial de las investigaciones. Agregó Duarte: “¿Quién sabe? Quizás entender la gravedad nos ayude a resolver no sólo cuestiones cruciales para desarrollar viajes más rápidos, sino también para obtener energía limpia. La ciencia funciona así”.
