Agujeros negros

¿Qué es un agujero negro?
Es una región del espacio con tanta masa concentrada en un punto que ningún objeto, ni siquiera la luz, puede escapar de su atracción gravitacional.
Podemos entender este fenómeno si imaginamos lo que ocurre cuando la densidad de un planeta aumenta de manera colosal.
Velocidad de escape.
Si en la Tierra lanzamos un objeto hacia arriba, la gravedad lo jala hacia el centro y éste eventualmente regresa y cae a la superficie. Sin embargo, cada vez que aumentamos la velocidad con la que se lanza el objeto, éste alcanza una altura máxima cada vez mayor. En el caso de la Tierra, si la velocidad con la que se lanza el objeto es igual o mayor a 11,2 kilómetros por segundo, el objeto escapará de la Tierra para siempre. A esta velocidad se le llama la velocidad de escape.

La velocidad de escape de un planeta o estrella depende de su masa. La luna, por ejemplo, que es más ligera que la Tierra tiene una velocidad de escape de solo 2,4 kilómetros por segundo. Podemos imaginar qué pasa si repetimos el experimento en un punto con tanta masa concentrada en una región tan pequeña, que la velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz: como nada puede viajar a una velocidad mayor que la velocidad de la luz, entonces todos los objetos, incluyendo la luz, estarían atrapados para siempre por la atracción gravitacional de este planeta.
¿Qué tan grande es un agujero negro?
La condición importante para la formación de un agujero negro es que alcance a concentrar una cierta cantidad de masa dentro de un cierto radio. Por ejemplo, si la masa de la Tierra se concentra dentro de una esfera de radio 9 milímetros ésta se convierte en un agujero negro.
El Sol se convertiría en un agujero negro si toda su masa se concentra dentro de una esfera de radio 3 kilómetros. Este radio en general se llama el 'horizonte de eventos' o el 'horizonte causal'. Se llama 'horizonte de eventos' porque cualquier evento que ocurra dentro de esta región nunca podrá ser comunicado al mundo exterior ya que ninguna señal puede salir del agujero negro.
Si el Sol se convierte en un agujero negro, fuera de la pérdida de la energía solar que le da día a los planetas, no pasaría nada con sus órbitas. El agujero negro no se tragaría los planetas. Para que un objeto sea absorbido por el agujero negro, éste debe acercarse a una distancia menor que el radio del 'horizonte de eventos'.
¿Cómo vemos los agujeros negros?
Si existen agujeros negros en abundancia, éstos podrían ser la materia oscura del universo.
Si un agujero negro no deja escapar la luz, entonces ¿cómo lo podemos ver?
Respuesta: un agujero negro no se ve directamente.
Se ha podido verificar experimentalmente la existencia de agujeros negros (por ejemplo en el centro de algunas galaxias) examinando el movimiento de estrellas en torno a su centro y la radiación emitida por las partículas cargadas que caen al agujero negro.
Quasares
Los objetos celestes más brillantes que se han llegado a observar son los Quasares (también llamados Nucleos Galácticos Activos o AGN). Estos objetos son galaxias que albergan un agujero negro supermasivo en su centro. La atracción gravitacional generada por este agujero negro es tan intensa que cualquier estrella o nube de gas que se encuentre cerca al centro de la galaxia son chupadas por el agujero negro y desaparecen para siempre. El brillo de los quasares se debe a radiación emitida por la materia acelerada que cae al agujero negro.

Ver por ejemplo:
Agujero negro en núcleos galácticos
Agujero negro en el centro de la galaxia NGC 6251
Núcleos galácticos activos (AGN)
Galaxia El Remolino (M52)

Cuando un astrónomo observa una estrella dando vueltas en torno a un punto, es posible calcular la masa concentrada en ese punto simplemente midiendo la velocidad y el radio de la órbita de la estrella. De esta forma se han detectado sistemas de estrellas (o gas) en rotación tan veloz y en un radio tan pequeño, que no queda otra explicación posible a la de admitir que debe existir un agujero en ese punto.

Agujero negro en el centro de M87: Materia en forma de gas gira a alta velocidad en torno al centro de la galaxia M87. Esta velocidad de rotación de 500 Kilometros/segundo es revelada por los cambios en el espectro de la luz emitida. Debido al efecto Doppler, el pico del espectro se corre hacia el azul o hacia el rojo dependiendo de si la materia se mueve hacia el observador o se aleje. Para alcanzar las velocidades observadas, el gas debe estar impulsado por la gravedad de 3.000 millones de soles concentrada en una región muy pequeña en el centro de la galaxia, lo cual sólo puede explicarse con la presencia de un agujero negro.

¿Cómo se puede formar un agujero negro?
El mecanismo más efectivo para formar un agujero negro es cuando las capas superiores en una estrella de gran masa explotan mientras que el núcleo de la estrella implota (es decir se contrae rápidamente). Esto es justamente lo que ocurre cuando el material fusionable de una estrella es consumido totalmente. Al acabarse la fuente de presión en la estrella (que la mantenía en equilibrio contra la gravedad) toda la masa del núcleo colapsa gravitacionalmente en su centro y así se genera un agujero negro.