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LOS AGUJEROS NEGROS
0. CONCEPTOS PREVIOS
Antes de comenzar el tema debemos tener algunos conceptos claros:
 Velocidad de escape: La velocidad de escape es la velocidad mínima que tiene que
adquirir un objeto para escapar de la atracción gravitatoria de un planeta o cualquier
otro astro. Se puede calcular fácilmente a partir de la conservación de la energía
cinética y potencial.
 Supernova: Una supernova es una explosión estelar que puede manifestarse de forma
muy notable, incluso a simple vista, en lugares de la esfera celeste donde antes no se
había detectado nada en particular. Las supernovas producen destellos
de luz intensísimos que pueden durar desde varias semanas a varios meses. Se ha
hablado de varios orígenes, pueden ser estrellas masivas que ya no pueden desarrollar
reacciones termonucleares en su núcleo, y que son incapaces de sostenerse por
la presión de degeneración de los electrones, lo que las lleva a colapsar y generar una
fuerte emisión de energía. Otro proceso más violento aún, capaz de generar destellos
incluso mucho más intensos, puede suceder cuando una enana blanca miembro de
un sistema binario cerrado, recibe suficiente masa de su compañera como para
proceder a la fusión instantánea de todo su núcleo: esto dispara una explosión
termonuclear que expulsa el material que la formaba.
 Evaporación de los agujeros negros: Los agujeros negros tienen a su alrededor una
región de la cual nada puede escapar, el borde de esta región es lo que se denomina el
"horizonte" del agujero negro. Cuando se forman en este horizonte pares de partículaantipartícula (por ejemplo, un electrón y un antielectrón), una partícula cae dentro del
agujero negro, y la otra escapa. Las partículas que escapan se denominan "radiación
de Hawking", ya la llevarse con ellas energía del agujero negro, éste se va haciendo
paulatinamente más pequeño, se va "evaporando". Esta evaporación es más fuerte
cuanto más pequeño es el agujero negro.
 Fuerzas de marea: Se llaman así por su relación con el fenómeno de las mareas. Las
fuerzas de marea resultan de la diferencia en el campo gravitacional en distintos sitios
del espacio. En lugares donde el campo gravitacional es muy intenso las fuerzas de
marea también lo son, dentro de un agujero negro, las fuerzas de marea son tan
intensas, que cualquier objeto que entrara en él sería estirado hasta despedazarse,
convirtiéndose en un montón de partículas.
1. INTRODUCCIÓN
En su concepción inicial, un agujero negro era un objeto con una fuerza de gravedad en su
superficie tan grande que nada podía escapar de él; ni siquiera la luz. Antes de demostrarse
por medio de la teoría de la relatividad que nada puede sobrepasar la velocidad de la luz, se
pensaba que el agujero negro era un cuerpo en el que la velocidad de escape era infinita. Era
considerado como un caso fuera de la lógica y por ello no se le dio importancia, siendo
aparcado en el olvido por la mayoría de los científicos.
Con la teoría de la relatividad especial se descubrió que la velocidad máxima que puede
alcanzar un cuerpo es la de la luz, por lo que se pensó que el agujero negro debía tener un
volumen y una masa finitas, puesto que la velocidad de escape será finita.
Al descubrirse que la luz no era simplemente una partícula, se llegó a la conclusión de que
no podía aplicársele la idea de velocidad de escape. Con la relatividad general de Einstein
aparece el llamado horizonte de sucesos: región del espacio alrededor del agujero cuya
curvatura en el espacio tiempo impide que nada escape, ni siquiera la luz. Ya no se pensaba
que el hecho de que un cuerpo colapse hasta ocupar el volumen de un punto sea algo absurdo.
2. ¿QUÉ ES UN AGUJERO NEGRO?
Un agujero negro es un cuerpo donde su masa
es tan densa que genera un campo de gravedad de
tal intensidad que no deja escapar ni la luz.
Algunas estrellas cuando han consumido su
energía
atómica
colapsan
sobre
sí
mismas,
comprimiéndose de tal forma que su fuerza de
gravedad aumenta al reducirse su tamaño. Esta
enorme gravedad atrae la masa circundante y llega a comprimirse tanto que no deja escapar la
luz, es decir, permite que la luz entre pero no que salga.
En resumen, el agujero negro se ha definido como un agujero en el tejido espacio-tiempo,
como un pozo profundo en el que la materia y la energía pueden entrar pero nunca salir.
3. ¿CÓMO SE FORMA UN AGUJERO NEGRO?
Supongamos que una estrella como el sol va agotando su combustible nuclear hasta el
punto que el calor producido por las reacciones nucleares es poco para producir una dilatación
del sol y compensar así a la fuerza de la gravedad. Entonces el sol se colapsa aumentando su
densidad, de modo que se fusionan los protones y electrones de todos los átomos, formando
neutrones. Se reduce el volumen de la estrella no quedando ningún espacio entre los núcleos
de los átomos, por lo que tendría una densidad muy elevada, esto se denomina estrella de
neutrones.
La velocidad de los electrones tiene como límite la velocidad de la luz, cuando superan
esta velocidad los electrones se colapsan a neutrones inevitablemente. Además si la estrella de
neutrones supera los 2.5 soles de masa sus neutrones se fusionan aún más, convirtiéndose en
un punto, y creándose un agujero negro.
Este punto implicaría una densidad infinita, por lo que fue rechazado en un principio por la
comunidad científica, pero S. Hawking demostró que esta singularidad era compatible con la
teoría de la relatividad general de Einstein.
Einstein decía que a medida que un cuerpo se acerca a un astro el tiempo transcurre más
despacio para este cuerpo, de modo que cuando se llegue a
una distancia en la que la velocidad de escape sea igual a la
velocidad de la luz, el tiempo se detendrá para el objeto
situado en ese lugar.
Aparece así una superficie esférica alrededor del agujero
negro en la cual el tiempo se detiene. Esta superficie esférica es el llamado horizonte de
sucesos del agujero negro, ahí el tiempo no existe.
También la teoría de la relatividad general nos dice que si un rayo de luz que pasara
rozando esa masa se desviaría el doble de lo que lo haría si estuviera afectado por la gravedad
normalmente, de modo que la luz quedaría atrapada en el agujero.
4. LAS CARACTERÍSTICAS DE UN AGUJERO NEGRO

La característica principal de un agujero negro es su elevada gravedad. A cierta
distancia, conocida como horizonte de sucesos (frontera de un agujero), la
atracción gravitatoria es tan elevada que nada puede escapar de él, ni siquiera
la luz o cualquier otro tipo de radiación, motivo por el cual recibe su nombre.

Los agujeros negros se pueden generar no sólo en explosiones de supernova,
sino también por otros mecanismos.

Su masa, que se puede calcular por efectos gravitacionales.

Su momento angular elevado debido a que es un rápido rotador.

Al igual que sucede con las estrellas de neutrones, un agujero negro rota tan
rápido que alrededor del horizonte de sucesos la materia gira con la misma
velocidad que el agujero negro, esta zona se llama ergosfera.

En la ergoesfera ninguna partícula puede permanecer en reposo. Si un cuerpo
cae en la ergosfera, puede salir despedido de ella con una energía mayor que
la que tenía cuando cayó allí.

Si el agujero se encuentra próximo a una estrella, los rayos de luz se curvan y,
por efecto lente, podemos ver dos imágenes de la misma estrella.
5. TIPOS DE AGUJEROS NEGROS
Los agujeros negros se han clasificado atendiendo a su masa:

Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Se
hallarían en el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da
origen a los componentes esféricos de las galaxias.

Agujeros negros de masa estelar: Su núcleo se concentra en un volumen muy
pequeño que cada vez se va reduciendo más. Este es el tipo de agujeros negros
postulados por primera vez dentro de la teoría de la relatividad general.

Micro agujeros negros: Estos son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los
estelares. Si son suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período
relativamente corto.
Y atendiendo a sus propiedades físicas:

El agujero negro más sencillo posible es el agujero negro de Schwarzschild, que no
rota ni tiene carga.

Si no gira pero posee carga eléctrica, hablamos del agujero negro de ReissnerNordstrøm.

Un agujero negro en rotación y sin carga es un agujero negro de Kerr.

Si además posee carga, hablamos de un agujero negro de Kerr-Newman.
6. ¿CÓMO SABEMOS DE SU EXISTENCIA? ¿QUIÉN LOS DESCUBRIÓ?
El agujero negro fue descubierto teóricamente por John Mitchell, de Cambridge, a finales
del soglo XVIII. Mitchell escribió un artículo en el que afirmaba que una estrella supermasiva
en un pequeño espacio tendría un campo gravitatorio tan intenso que ni la luz escaparía de él.
Solamente en 1969, J. Wheeler inventó el término “agujero negro”, para definir el campo
gravitatorio descubierto por Mitchell.
La idea de John Mitchell era: tomando como ejemplo de que si lanzamos un objeto
desde la superficie hacia arriba, a manera que se remonte, la gravedad afectará a la velocidad
y en un momento interrumpirá su ascensión y retornará a la superficie.
El astrofísico Stephen W. Hawking es uno de los mayores expertos sobre los agujeros
negros. Él ha emitido la hipótesis de que tal vez algunos agujeros negros se formaran en el
inicio del Universo, justo después del Big Bang. S. W. Hawking explica que “detectar un agujero
negro es como, en un baile, detectar un chico y una chica que bailan juntos. No se puede ver al
chico porque lleva traje negro, pero vemos a la chica bailando alrededor, así que suponemos
que gira en torno a un chico”.
7. ¿QUÉ PASA SI TE CAES A UN AGUJERO NEGRO?
Según la Teoría General de la Relatividad, la descripción de lo que puede pasar si
alguien cae en un agujero negro depende del lugar desde donde se observe este
acontecimiento.
Si somos nosotros los que vamos a ser “engullidos” por el agujero negro, al principio
sólo notaremos la ausencia de gravedad. Pero ésta irá creciendo cada vez más,
incrementándose rápidamente según nos vayamos acercando al agujero. La situación se
complica al atravesar el horizonte de sucesos o punto de no retorno. Por ejemplo, si nuestros
pies están más cerca del agujero que la cabeza, notaremos que nos estiramos como un chicle
hasta hacernos pedazos.
8. MITOS Y VERDADES DE LOS AGUJEROS NEGROS
MITO: Todas las estrellas colapsan para convertirse en agujeros negros al morir.
REALIDAD: Sólo estrellas masivas muy raras (¡una en millones!) terminan de esta manera.
MITO:
Un
agujero
negro
en
el
espacio
devoraría
toda
nuestra
galaxia.
REALIDAD: Hay tanto espacio entre las estrellas que un agujero negro únicamente afectaría los
objetos que están muy cerca de él.
MITO: El agujero negro en Cygnus X-1 está devorando a la supergigante azul.
REALIDAD: Menos de un milésimo de la masa de la supergigante azul caerá al agujero negro
antes de que ella también muera, más o menos dentro de un millón de años.
MITO: La materia que cae a un agujero negro reaparece en alguna otra parte del universo.
REALIDAD: La materia permanece en el agujero negro; en efecto, es la materia en el agujero
negro la que causa la fuerza gravitacional que nos permite descubrir estos objetos.
MITO: La gravedad de un agujero negro es diferente de la gravedad de un objeto normal.
REALIDAD: Si el Sol se convirtiera repentinamente en un agujero negro (que no lo hará, dicho
sea de paso, porque su gravedad es demasiado débil para que colapse completamente sobre sí
mismo) la Tierra y los planetas continuarían moviéndose normalmente. Sin embargo, ¡ la Tierra
habría perdido su fuente de luz y calor !
MITO:
Los
agujeros
negros
son
muy
densos.
REALIDAD: Los agujeros negros pequeños y medianos son muy densos, pero un agujero negro
supermasivo con 100 millones de masas solares, por ejemplo, tendría la misma densidad que
el agua. (Usted mismo puede calcular esto a partir de la masa del agujero negro y el radio de
su horizonte de eventos; se asume que toda la materia esta distribuida dentro de todo el
horizonte de eventos, no sólo en la singularidad.)