Los agujeros negros supermasivos son monstruos galácticos

Hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. No se puede ver directamente a través de telescopios o con nuestros ojos, pero los astrónomos saben que está allí. De hecho, hay agujeros negros supermasivos en los corazones de muchas galaxias. ¿Cómo saben los astrónomos que estos monstruos acechan en los núcleos galácticos? Utilizan una variedad de métodos para estudiar la luz a medida que pasa por un agujero negro y también estudian la región alrededor de un agujero negro para comprender cómo afecta a las nubes cercanas de gas, polvo e incluso estrellas. Actualmente, el agujero negro supermasivo en la Vía Láctea, llamado Sagitario A *, es bastante silencioso, y los astrónomos lo monitorean en muchas longitudes de onda de luz para comprender sus acciones..

Por qué la fascinación por los agujeros negros?

Los agujeros negros son los favoritos en las historias de ciencia ficción y los medios de comunicación. A veces se usan como un dispositivo de trama para permitir algún tipo de truco de viaje interestelar. O bien, aparecen en el viaje en el tiempo o en algún otro elemento importante de una historia. Por fascinantes que sean estos cuentos, la realidad detrás de estos extraños gigantes es más intrigante de lo que los escritores pueden imaginar. ¿Cuáles son los hechos que rodean a los agujeros negros supermasivos? ¿Hay alguna ciencia detrás de las representaciones de ciencia ficción de los agujeros negros supermasivos? Vamos a averiguar.

¿Qué son los agujeros negros supermasivos??

En general, los agujeros negros supermasivos son exactamente lo que su nombre dice: agujeros negros realmente, realmente masivos. Miden en los cientos de miles de masas solares (una masa solar es igual a la masa del Sol) hasta miles de millones de masas solares. Poseen un inmenso poder y ejercen una increíble influencia sobre sus galaxias..

La atracción gravitacional del presunto agujero negro forma un disco de gas frío similar al frisbee, en el núcleo de una galaxia. Observaciones posteriores del Hubble en otra galaxia confirmaron la realidad de los monstruosos agujeros negros agujeros hundidos gravitacionales que atrapan todo, incluso la luz. L. Ferrarese (Universidad Johns Hopkins) y NASA

La mayoría de los agujeros negros supermasivos existen en los núcleos de las galaxias. Esa ubicación central les permite (al menos parcialmente) ayudar a mantener las galaxias juntas. Su gravedad es tan inmensa, debido a su increíble masa, que incluso las estrellas a cientos de miles de años luz de distancia están en órbita a su alrededor y los núcleos de galaxias que habitan.

Agujeros negros y sus increíbles densidades

Cada vez que los astrónomos hablan de los agujeros negros, la propiedad principal que usan para diferenciar a los agujeros negros de otros objetos "normales" en el universo es la densidad. Esta es la cantidad de "cosas" empaquetadas en el volumen de un agujero negro. La densidad en los núcleos de los agujeros negros es tan alta que esencialmente se vuelve infinita. Específicamente, el volumen (la cantidad de espacio que ocupa un agujero negro y su masa oculta) se acerca a cero. Eso significa que es poco más que un pequeño punto en el espacio, pero ese pequeño punto, llamado singularidad, contiene una increíble cantidad de masa. Eso lo hace increíblemente denso. Esa densidad se extiende por toda la región del agujero negro, desde la singularidad hasta el horizonte de eventos (que es el punto donde la gravedad del agujero negro es demasiado fuerte para resistir algo. 

Un modelo de un agujero negro rodeado de material ionizado calentado. Esto puede ser lo que "parece" el agujero negro en la Vía Láctea. Brandon DeFrise Carter, CC0, Wikimedia.   

Eso suena como si el interior del agujero negro (más allá del horizonte de eventos) pudiera ser increíblemente aplastado, sin espacio. Curiosamente, hay un experimento mental que dice que la densidad promedio de los agujeros negros supermasivos en realidad puede ser menor que el aire que respiran los humanos. De hecho, cuanto mayor es la masa, más Menos denso es el agujero negro supermasivo, si se considera todo el volumen del área desde la singularidad hasta el horizonte de eventos. La masa se distribuiría a través de esa región, con más masa en la singularidad que en las "afueras". 

Si eso es cierto, entonces no solo sería posible acercarse a un agujero negro supermasivo, teóricamente uno podría caer en un agujero negro supermasivo y sobrevivir durante bastante tiempo hasta acercarse a la singularidad. Sin embargo, hay un gran problema: la gravedad. Es tan fuerte que cualquier cosa que se precipite más allá del horizonte de eventos se desgarraría por el tirón gravitacional extremo. Demasiado para viajes de agujero de gusano! 

¿Cómo se forman los agujeros negros supermasivos??

La formación de agujeros negros supermasivos sigue siendo uno de los misterios de la astrofísica. Los agujeros negros normales son los restos centrales que quedan de la explosión de supernova de una estrella masiva. Cuanto más masiva es la estrella, más masivo deja el agujero negro.

Por lo tanto, se podría suponer que los agujeros negros supermasivos se crean a partir del colapso de una estrella supermasiva. El problema es que pocas de esas estrellas han sido detectadas. Además, la física nos dice que ni siquiera deberían existir en primer lugar. Sin embargo, lo hacen. Las estrellas más masivas tienen decenas a cien veces la masa del Sol. Algunas hipergigantes raras pueden tener hasta 300 masas estelares. Aún así, incluso estos monstruos están muy lejos de los tipos de masas que serían necesarios para crear un agujero negro supermasivo. Para decirlo sin rodeos: se necesita MUCHA más masa para hacer un agujero negro supermasivo que el que está contenido incluso en las estrellas más supermasivas. 

La colisión de dos agujeros negros, un evento tremendamente poderoso detectado por primera vez por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, o LIGO, se ve en esto todavía desde una simulación por computadora. LIGO detectó ondas gravitacionales u ondas en el espacio y el tiempo generadas a medida que los agujeros negros giraban en espiral, chocaban y se fusionaban. Esta simulación muestra cómo se vería la fusión a nuestros ojos si de alguna manera pudiéramos viajar en una nave espacial para una mirada más cercana. Fue creado resolviendo ecuaciones de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein usando los datos de LIGO. LIGO / CalTech

Entonces, si estos objetos no se crean de la manera tradicional de otros agujeros negros, ¿de dónde vienen los agujeros negros monstruosos? La idea principal es que formaron agujeros negros mucho más pequeños para construir unos grandes. Eventualmente, la acumulación de masa conduciría a la creación de un agujero negro supermasivo. Esa es una teoría jerárquica de construir un agujero negro supermasivo. Hay algunos problemas con esa teoría porque requiere el estudio de agujeros negros supermasivos de "masa intermedia". Serían el "paso intermedio" desde los agujeros negros más pequeños hasta los monstruos supermasivos. Los astrónomos están comenzando a detectar más de estos y estudiar sus características particulares para llenar los vacíos en la teoría jerárquica.. 

Black Holes, el Big Bang y las fusiones

Otra teoría principal sobre la creación de agujeros negros supermasivos es que se formaron en los primeros momentos después del Big Bang. Por supuesto, no todo se comprende completamente sobre las condiciones durante ese tiempo para descubrir cómo los agujeros negros jugaron un papel y qué impulsó su formación.. 

Las observaciones de los agujeros negros supermasivos y de masa intermedia conocidos sugieren que la teoría de la fusión es probablemente la explicación más simple. El examen de los agujeros negros supermasivos más antiguos, más distantes y masivos, específicamente los cuásares, muestra que hay evidencia de que la fusión de muchas galaxias jugó un papel importante. Cuando las galaxias se fusionan, parece que sus agujeros negros también lo hacen. Las fusiones desempeñan un papel en la configuración de las galaxias que vemos hoy, por lo que tiene sentido que sus agujeros negros centrales puedan aparecer y crecer junto con las galaxias. Curiosamente, cuando esos agujeros negros se fusionan, envían mucha energía. La acción también emite ondas gravitacionales, que los astrónomos ahora pueden medir.

Si las fusiones son la respuesta, entonces proporcionan una solución parcial al problema del agujero negro intermedio. En cualquier caso, la respuesta aún no está clara. Se necesita mucho más trabajo para observar y caracterizar las galaxias y sus agujeros negros..

La ciencia en la ciencia ficción

Volviendo a la ciencia ficción y los agujeros negros, hay propiedades que doblan por completo la mente que los escritores han usado. Historias de viajes más rápidos que la luz, viajes interestelares y viajes en el tiempo impregnan las novelas de ciencia ficción. Incluso hay teorías de que los agujeros negros son puertas de acceso a universos alternativos.

Dos naves espaciales entran en un agujero de gusano en el espacio exterior para llegar a un universo en otra parte de la galaxia. Imágenes de Corey Ford / Stocktrek

Entonces, ¿hay alguna evidencia que respalde alguna de estas ideas? En realidad, sí, aunque solo en circunstancias muy extremas. La idea de usar agujeros negros como agujeros de gusano que de alguna manera nos conectan con el otro lado del universo ha existido durante décadas. Es una fantasía fantástica y fantástica que probablemente no se hará realidad pronto.

Las posibilidades incluso se han calculado utilizando física seria y relatividad general. Entonces, teóricamente, estas cosas podrían suceder, como se mostró en la película de 2014 Interestelar. El físico que trabajó con los cineastas tuvo algunas ideas teóricas que respaldaron la película y trabajaron científicamente. Sin embargo, la tecnología requerida aún no está disponible y es necesario satisfacer una variedad de condiciones especiales. Pero quién sabe, una gran parte de la tecnología que los humanos usan para volar hoy también se creía imposible.. 

Hechos rápidos

• Existen agujeros negros supermasivos en los corazones de muchas galaxias, incluida la Vía Láctea.
• Algunas galaxias, como la galaxia de Andrómeda, pueden tener más de uno de estos monstruos..
• Cuando las galaxias se fusionan, sus agujeros negros también pueden fusionarse.
• Los agujeros negros supermasivos pueden tener hasta miles de millones de masas estelares ocultas en su interior..
• Nuestra propia Vía Láctea tiene un agujero negro supermasivo llamado Sagitario A *

Fuentes

• Mohon, Lee. "Los agujeros negros supermasivos están superando sus galaxias". NASA, NASA, 15 de febrero de 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "Centrándose en cómo se formaron los agujeros negros supermasivos". Científico americano, 29 de septiembre de 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “Agujero negro supermasivo | COSMOS." Centro de Astrofísica y Supercomputación, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/supermassive black hole.

Editado y actualizado por Carolyn Collins Petersen.