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Curiosidades increíbles sobre los agujeros negros

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Los agujeros negros os los objetos más curiosos, increíbles y exóticos del cosmos, en esta entrada os dejamos algunos datos espectaculares sobre esos lugares tan terroríficos.

1. No puedes ver directamente un agujero negro.

Un agujero negro se llama así porque la luz no puede escapar de este ya que la velocidad de escape debe ser superior a la velocidad de la luz y eso según las leyes de la física es imposible, por tanto no emite luz. Sin embargo, lo que podemos ver son los efectos de un agujero negro. Al analizar el área circundante de un agujero negro, podemos ver sus efectos sobre su entorno. Por ejemplo, se puede ver cómo se desgarra una estrella que está lo suficientemente cerca de un agujero negro. Así se ha podido ver por primera vez un agujero negro y tomar imágenes sobre el, como por ejemplo el agujero negro de la galaxia M87.

Primera imagen de un agujero negro, se puede ver el horizonte de sucesos iluminado, Créditos: Proyecto Event Horizon Telescope

2. En la Vía Láctea hay un agujero negro en su centro.

Pero no hay que preocuparse, no estamos en peligro, este agujero negro supermasivo se encuentra a 25000 años luz de nosotros. Su nombre es Sagitario A.

3. Las estrellas moribundas conducen a agujeros negros estelares.

La muerte de estrellas muy masivas conduces a la formación de agujeros negros estelares, porque la gravedad de una estrella superará la presión natural de la estrella que mantiene para mantener su forma. Cuando la presión de las reacciones nucleares colapsa, la gravedad colapsa el núcleo de la estrella, y las otras capas de la estrella son arrojadas al espacio, y este proceso también se conoce como supernova. El resto del núcleo colapsa, superada por la densidad y sin volumen se forma un agujero negro.

4. Hay tres categorías básicas de agujeros negros.

1) Agujeros negros primordiales: estos son los agujeros negros más pequeños y varían desde el tamaño de un átomo hasta la masa de una montaña.

2) Agujeros negros estelares: estos son los agujeros negros más comunes y pueden ser hasta tres veces más masivos que el Sol. También hay una gran variedad de estos en toda la Vía Láctea.

3) Agujeros negros supermasivos: estos son los agujeros negros más grandes, siendo más de 1 millón de veces más masivos que el Sol.

5. Los agujeros negros son relativos.

Digamos que sí alguien por desgracia cae en un agujero negro y hay un observador que es testigo de esto se podrá ver que tiempo de la persona que cayó en el agujero negro se ralentiza, en relación con la persona que observa, es decir se para el tiempo en las proximidades del agujero negro. Esto se explica por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que establece que el tiempo se ve afectado por la velocidad a la que vas cuando estás a velocidades enormes cercanas a la luz.

6. El primer agujero negro no se descubrió hasta que se utilizó la astronomía de rayos X.

Cygnus X-1 fue el primer agujero negro descubierto en la década de 1960 y es 10 veces más masivo que el Sol.

7. Los agujeros negros solo son peligrosos si te acercas demasiado.

Es seguro observar los agujeros negros desde una distancia larga, pero no si te acercas demasiado, lo que también significa que es poco probable que un agujero negro consuma un universo entero.

8. Hay un agujero negro muy cercano a la Tierra

Se ha descubierto un agujero negro mostruoso con unas 12 veces la masa del Sol, y muy cerca de nuestro sistema solar, tan «solo» a 1.550 años luz. Este agujero negro lo orbita una estrella muy parecida a nuestro Sol.

9. Los agujeros negros se usan constantemente en la ciencia ficción.

Hay una multitud de representaciones de agujeros negros en la ciencia ficción ya que dan mucho de sí. Algunas películas serían: Interstellar, Event Horizon, Star Trek, Battlestar Galactica, Treasure Island, Superman: The Animated Series…

Nave de la película Interestellar junto a un agujero negro
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Un espectacular vídeo en 360º sumerge a los espectadores en una impresionante simulación del centro de nuestra galaxia

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La visualización fue realizada con datos del telescopio espacial Chandra y otros telescopios permitiendo a los espectadores la exploración de esta región desde diversos puntos de vista.

Créditos: Observatorio rayos x Chandra

Desde el punto de vista del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, llamado Sagitario A (Sgr A*), se pueden observar alrededor de 25 estrellas Wolf-Rayet (objetos blancos centelleantes) mientras expulsa continuamente vientos estelares (escala de color negro a rojo a amarillo). Estos vientos chocan entre sí, y luego parte de este material (manchas amarillas) gira en espiral hacia Sgr A*. El vídeo muestra dos simulaciones, cada una de las cuales comienza alrededor de 350 años en el pasado y abarca 500 años. La primera simulación muestra al agujero supermasivo en estado de calma, mientras que la segunda lo muestra más violento y expulsando material.

Aprovechamos para que en esta misma entrada veáis la primera imagen de este agujero negro:

La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

Imagen de Sagitario A* el agujero negro del centro de nuestra galaxia. Créditos; EHT

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura similar a un anillo brillante. La nueva vista captura la luz desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y puede ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno.

 Para obtener esta imagen, el equipo creó el poderoso EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El EHT observó a Sgr A* en varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

El avance sigue al lanzamiento de la colaboración EHT en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87* en el centro de la galaxia Messier 87 más distante.

Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87*. Son dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven increíblemente similares. Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea los agujeros negros.

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros, lo que ocurre es que el gas en las cercanías de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*. Pero donde el gas tarda de días a semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en menos minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de alguien que no para de moverse.

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que extrajo el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias

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Para saber más:

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Acercándose al corazón de M87 para ver una nueva vista de su agujero negro

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En el vídeo que podéis ver a continuación se hace un tremendo zoom que comienza con una vista del telescopio ALMA, que forma parte del Event Horizon Telescope, hacia el corazón de la galaxia M87, mostrando sucesivamente observaciones más detalladas. Al final del video, vemos la primera imagen de un agujero negro, lanzada por primera vez en 2019, seguida de una nueva imagen lanzada en 2021 en la que se ve este objeto supermasivo en luz polarizada. Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización, una firma de campos magnéticos, tan cerca del borde de un agujero negro.

Créditos: ESO/L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., EHT Collaboration. Music: Niklas Falcke

Los agujeros negros están envueltos en plasma. Este plasma tiene campos magnéticos, áreas donde el magnetismo afecta la forma en que se mueve la materia, entretejidos. A medida que el campo magnético se hace más fuerte, cambia de forma y la luz polarizada exhibe diferentes patrones.

La luz es una onda electromagnética oscilante. Si las ondas tienen una dirección de oscilación preferida, están polarizadas. En el espacio, el gas caliente en movimiento, o «plasma», enhebrado por un campo magnético, emite luz polarizada.   Los rayos de luz polarizados que logran escapar de la atracción del agujero negro han sido por fin observados. La intensidad de los rayos de luz y su dirección es lo que observamos con el Event Horizon Telescope.

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Los agujeros negros más grandes del universo conocido

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En el centro de la mayoría de las galaxias nos encontramos con agujeros negros supermasivos con masas del orden de millones a miles de millones de veces la del nuestra estrella, el Sol. Por ejemplo, en el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se encuentra Sagitario A *, que tiene un tamaño de aproximadamente 4,5 millones de masas solares. 

Actualmente hay varios agujeros negro supermasivos o más bien ultramasivos, como por ejemplo, el agujero negro que alimenta el quásar TON 618 , tiene una masa de 66 mil millones de masas solares y se estima que TON 618 se encuentra a más de 10 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Canes Venatici. El agujero negro tiene un radio de 1300 UA (1 unidad astronómica = 150 millones de km, la distancia del Sol a la Tierra), lo que lo hace más grande que nuestro sistema solar (La distancia de Plutón al sol es de aproximadamente 39,5 UA).

Comparación de TON 618 con Sagitario A

El enorme volumen de TON 618 llevó a los científicos a especular si existen o no agujeros negros aún más grandes, y si existe algún límite superior para sus tamaños. De momento no sabemos cómo se forman y crecen estos agujeros negros supermasivos o ultramasivos. Pero TON 618 no es el más grande conocido, se ha descubierto otra bestia galáctica aun más espectacular, se trata de  SDSS J140821.67 + 025733.2 * , el agujero negro más grande actual del Universo , con 196 mil millones de solares. masas, casi 3 veces más, aunque este agujero negro es tan primitivo y se tienen tan pocos datos que aún está en estudio.

Para saber más:

¿Qué es un agujero negro?

Primera imagen de una agujero negro

Agujeros negros supermasivos

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El impresionante giro de cinco agujeros negros supermasivos

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Los agujeros negros que giran en el espacio crean un enorme torrente arremolinado a su alrededor de discos de gas y polvo calentados a cientos de millones de grados que brillan con luz de rayos X. Utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y alineaciones al azar a lo largo de miles de millones de años luz, los astrónomos han ideado una nueva técnica para medir el giro de cinco agujeros negros supermasivos. La materia en uno de estos vórtices cósmicos gira alrededor de su agujero negro a más del 70% de la velocidad de la luz. 

Para ello se utiliza fenómeno llamado lente gravitacional en el que la curvatura del espacio-tiempo por un objeto masivo, como una gran galaxia, puede magnificar y producir múltiples imágenes de un objeto distante que esté detrás suyo o cercano a el.

Los astrónomos utilizaron Chandra y lentes gravitacionales para estudiar seis cuásares, cada uno de los cuales consiste en un agujero negro supermasivo que consume rápidamente materia de un disco de acreción circundante. La lente gravitacional de la luz de cada uno de estos cuásares por parte de una galaxia intermedia ha creado múltiples imágenes de cada cuásar, como se muestra en estas imágenes de Chandra de cuatro de los objetivos. 

Crédito de la imagen: NASA / CXC / Univ. de Oklahoma / X. Dai y col.

Los astrofísicos aprovecharon la «microlente«, en la que las estrellas individuales en la galaxia interpuesta con lentes proporcionan un aumento adicional de la luz del cuásar. Un aumento mayor significa que una región más pequeña está produciendo la emisión de rayos X.  Luego, los investigadores utilizaron la propiedad de que un agujero negro giratorio está arrastrando el espacio con él y permite que la materia orbite más cerca del agujero negro de lo que es posible para un agujero negro que no gira. Por lo tanto, una región emisora ​​más pequeña correspondiente a una órbita estrecha generalmente implica un agujero negro que gira más rápidamente. 

Los resultados mostraron que uno de los agujeros negros, en el cuásar con lente llamado «Cruz de Einstein» (en la imagen HE0435) está girando a la velocidad máxima posible. Esto corresponde al horizonte de sucesos, el punto de no retorno del agujero negro, que gira a la velocidad de la luz, que es de aproximadamente 1080 millones de kilómetros por hora. Otros cuatro agujeros negros en la muestra están girando, en promedio, a aproximadamente la mitad de esta velocidad máxima.  Para la Cruz de Einstein, la emisión de rayos X proviene de una parte del disco que es menos de aproximadamente 2,5 veces el tamaño del horizonte de sucesos, y para los otros 4 cuásares, los rayos X provienen de una región de cuatro a cinco veces el tamaño. del horizonte de sucesos.

La Cruz de Einstein, observada desde el telescopio espacial Hubble. Es visible desde la Tierra, pero se necesita una noche oscura y usar un telescopio de gran abertura y una cámara ccd.

Estos agujeros negros supermasivos probablemente crecieron al acumular la mayor parte de su material durante miles de millones de años a partir de un disco de acreción que giraba con una orientación y dirección de giro similares, en lugar de direcciones aleatorias. Como un tiovivo que sigue siendo empujado en la misma dirección, los agujeros negros seguían ganando velocidad.

Los rayos X detectados por Chandra se producen cuando el disco de acreción que rodea al agujero negro crea una nube de varios millones de grados, o corona, sobre el disco cerca del agujero negro. Los rayos X de esta corona se reflejan en el borde interno del disco de acreción, y las fuertes fuerzas gravitacionales cerca del agujero negro distorsionan el espectro de rayos X reflejado, es decir, la cantidad de rayos X que se ven a diferentes energías. Las grandes distorsiones observadas en los espectros de rayos X de los cuásares aquí estudiados implican que el borde interior del disco debe estar cerca de los agujeros negros, lo que da más evidencia de que deben estar girando rápidamente. Los quásares se encuentran a distancias que van desde los 8,8 mil millones a los 10,9 mil millones de años luz de la Tierra, y los agujeros negros tienen masas entre 160 y 500 millones de veces la del Sol.

Para saber más:

The Astrophysical Journal, disponible en línea . Los autores son Xinyu Dai, Shaun Steele y Eduardo Guerras de la Universidad de Oklahoma en Norman, Oklahoma, Christopher Morgan de la Academia Naval de los Estados Unidos en Annapolis, Maryland, y Bin Chen de la Universidad Estatal de Florida en Tallahassee, Florida. 

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