Agujero negro supermasivo para niños
Un agujero negro supermasivo es un agujero negro con una masa enorme. Su masa puede ser millones o incluso miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.
Los científicos han confirmado que nuestra Vía Láctea tiene un agujero negro supermasivo en su centro galáctico. Se llama Sagitario A*. Se cree que la mayoría de las galaxias, si no todas, tienen un agujero negro supermasivo en su centro.
Contenido
¿Qué hace especiales a los agujeros negros supermasivos?
Los agujeros negros supermasivos tienen características únicas que los distinguen de los agujeros negros más pequeños:
- La densidad promedio de un agujero negro supermasivo, vista desde su horizonte de sucesos, puede ser muy baja. De hecho, si su masa es lo suficientemente grande, podría ser menor que la densidad del agua. Esto ocurre porque el radio del agujero negro crece mucho más rápido que su masa.
- Las fuerzas de marea cerca del horizonte de sucesos son mucho menores. Esto significa que si un astronauta hipotético viajara hacia el centro de uno de estos agujeros negros, no sentiría fuerzas de marea fuertes hasta que estuviera muy adentro.
Estos agujeros negros gigantes pueden formarse de dos maneras. Una es por la lenta absorción de materia, creciendo a partir de un agujero negro más pequeño. La otra es por una presión externa directa en los primeros momentos del Big Bang. El primer método necesita mucho tiempo y una gran cantidad de materia disponible.
Las mediciones del Efecto Doppler de la materia alrededor del centro de las galaxias cercanas muestran un movimiento de giro muy rápido. Esto solo es posible si hay una enorme concentración de materia en el centro. Actualmente, el único objeto conocido que puede tener tanta materia en un espacio tan pequeño es un agujero negro.
¿Cómo se descubrieron los agujeros negros supermasivos?
En 1971, los científicos Donald Lynden-Bell y Martin Rees propusieron que el centro de la Vía Láctea podría tener un agujero negro supermasivo. Sagitario A* fue descubierto entre el 13 y 15 de febrero de 1974. Los astrónomos Bruce Balick y Robert Brown lo encontraron usando un interferómetro. Detectaron una fuente de radio que emitía Radiación de sincrotrón, y vieron que era muy densa e inmóvil debido a su gravedad. Esta fue la primera señal de que un agujero negro supermasivo existe en el centro de nuestra galaxia.
¿Cómo se forman los agujeros negros supermasivos?
Todavía se investiga cómo se forman exactamente los agujeros negros supermasivos. Los astrofísicos están de acuerdo en que, una vez que un agujero negro está en el centro de una galaxia, puede crecer. Esto sucede al absorber materia o al unirse con otros agujeros negros. Sin embargo, hay varias ideas sobre cómo se forman y cuál es la masa inicial de sus "semillas".
- Una idea es que las "semillas" son agujeros negros más pequeños, de decenas o cientos de veces la masa del Sol. Estos se forman por la explosión de estrellas muy grandes y luego crecen al absorber más materia.
- Otro modelo sugiere que una gran nube de gas, antes de que se formaran las primeras estrellas, colapsó. Primero se convirtió en una "cuasi-estrella" y luego en un agujero negro. Este agujero negro inicial podría haber tenido solo unos 20 millones de veces la masa del Sol. Después, creció rápidamente hasta convertirse en un agujero negro de masa intermedia y, posiblemente, en un agujero negro supermasivo.
- Un tercer modelo propone que un grupo denso de estrellas colapsó en un núcleo.
- Finalmente, los agujeros negros primordiales podrían haberse formado directamente por la presión externa justo después del Big Bang.
La mayor parte del crecimiento de los agujeros negros supermasivos ocurre cuando absorben gas rápidamente. Estos eventos se pueden observar como núcleos galácticos activos o cuásares. Las observaciones muestran que los cuásares eran mucho más comunes cuando el Universo era más joven. Esto indica que los agujeros negros supermasivos se formaron y crecieron muy temprano en la historia del Universo.
Actualmente, parece haber una "brecha" en los tamaños de los agujeros negros que observamos. Hay agujeros negros de masa estelar (hasta unas 33 veces la masa del Sol) y agujeros negros supermasivos (cientos de miles de veces la masa del Sol o más). Entre estos dos tamaños, parece haber pocos agujeros negros de masa intermedia. Esto podría significar que se forman de maneras diferentes.
¿Cómo se detectan los agujeros negros?
Una de las mejores pruebas de la existencia de agujeros negros proviene del efecto Doppler. Este efecto hace que la luz de los objetos que se alejan de nosotros se vea más roja (corrimiento al rojo). La luz de los objetos que se acercan se ve más azul (corrimiento al azul). Cerca de un agujero negro, la materia se mueve tan rápido que la luz de la materia que se aleja se ve muy débil. Esto hace que los discos de materia alrededor del agujero negro se vean asimétricos.
Lo que sí se ha observado directamente son las velocidades de la materia que orbita más lejos de los agujeros negros. Las mediciones Doppler de máser (ondas de radio) de la materia alrededor de los centros de galaxias cercanas han mostrado un movimiento muy rápido. Esto solo es posible con una gran concentración de materia en el centro. Los únicos objetos conocidos que pueden concentrar tanta materia en un espacio tan pequeño son los agujeros negros.
Se cree que la gravedad de los agujeros negros supermasivos en el centro de muchas galaxias alimenta objetos activos. Estos incluyen galaxias Seyfert y cuásares.
Existe una relación entre el tamaño de los agujeros negros supermasivos y la velocidad de las estrellas en el bulbo galáctico (la parte central de una galaxia). Se llama la relación M-sigma.
¿Qué es la radiación de Hawking?
La radiación de Hawking es una radiación que se espera que los agujeros negros liberen. Esto ocurre debido a efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos. Esta radiación hace que el agujero negro pierda masa y energía, se encoja y, finalmente, desaparezca. Un agujero negro supermasivo con una masa de 100 mil millones de soles tardaría unos 2 seguido de 100 ceros de años en evaporarse. Incluso los agujeros negros más grandes, que podrían crecer hasta 100 billones de veces la masa del Sol, desaparecerán en un plazo de 10 seguido de 106 ceros de años.
El agujero negro de nuestra Vía Láctea
Los astrónomos están seguros de que en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, hay un agujero negro supermasivo. Está a 26.000 años luz de nuestro sistema solar, en una zona llamada Sagitario A*. Esto se sabe por varias razones:
- El movimiento de la estrella S2 permite calcular que la masa del objeto es de 4,1 millones de veces la masa del Sol.
- La estrella S2 sigue una órbita elíptica. Tarda 15,2 años en dar una vuelta completa. Su punto más cercano al centro es de 17 horas luz (1,8 seguido de 13 ceros de metros).
- El radio del objeto central debe ser menor de 17 horas luz. Si fuera más grande, la estrella S2 chocaría con él. Observaciones recientes de la estrella S14 indican que el radio es incluso menor, unas 6,25 horas luz.
- Ningún objeto astronómico conocido, que no sea un agujero negro, puede contener 4,1 millones de masas solares en un volumen tan pequeño.
El Instituto Max Planck de Física Extraterrestre y el Grupo del Centro Galáctico de UCLA han presentado la prueba más sólida hasta ahora de que Sagitario A* es un agujero negro supermasivo. Han usado datos del Very Large Telescope de ESO y del telescopio Keck.
El 5 de enero de 2015, la NASA informó de una llamarada de rayos X de Sagitario A* que fue 400 veces más brillante de lo normal. Este evento inusual pudo haber sido causado por un asteroide que se rompió al caer en el agujero negro. También pudo ser por el enredo de líneas de campo magnético dentro del gas que fluye en Sagitario A*.
Agujeros negros supermasivos fuera de la Vía Láctea
Hay pruebas claras de agujeros negros supermasivos en algunas galaxias. Estas incluyen la Vía Láctea, las galaxias M31 y M32 del Grupo Local, y algunas otras galaxias. En estas galaxias, la velocidad de las estrellas o gases cerca del centro indica una gran masa concentrada. En otras galaxias, las velocidades no son tan claras, por lo que no se puede asegurar la presencia de un agujero negro supermasivo. Sin embargo, se acepta que casi todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro.
- La cercana galaxia de Andrómeda, a 2,5 millones de años luz, tiene un agujero negro central de 110 a 230 millones de veces la masa del Sol. Es mucho más grande que el de la Vía Láctea.
- El agujero negro supermasivo más grande cerca de la Vía Láctea parece ser el de la galaxia M87. Pesa unos 6.400 millones de veces la masa del Sol y está a 53,5 millones de años luz.
- El 5 de diciembre de 2011, se descubrió el agujero negro supermasivo más grande en el universo cercano. Está en la galaxia elíptica supergigante NGC 4889. Pesa 21.000 millones de veces la masa del Sol y está a 336 millones de años luz.
- La galaxia elíptica supergigante en el centro del cúmulo de Fénix tiene un agujero negro de 20.000 millones de veces la masa del Sol. Está a 5,7 millones de años luz.
- Los agujeros negros en los cuásares son mucho más grandes porque están en una fase de crecimiento activo. El cuásar APM 08279+5255 tiene un agujero negro supermasivo de 23.000 millones de veces la masa del Sol.
- Otro cuásar, S5 0014+81, tiene el agujero negro supermasivo más grande encontrado hasta la fecha. Pesa 40.000 millones de veces la masa del Sol, ¡10.000 veces más grande que el de la Vía Láctea! Ambos cuásares están a 12.100 millones de años luz de distancia.
- El agujero negro supermasivo más grande del universo es TON 618, con 66.000 millones de masas solares. También existe J2157, que tiene 34.000 millones de masas solares y sigue creciendo.
- Hay una teoría sobre un agujero que podría ser aún más grande que TON 618. Se trata de SDSS J0100+2802. Si se confirma, este agujero tendría una masa de 196.000 millones de veces la masa del Sol. Su diámetro sería de 7.800 UA (Unidades Astronómicas), lo que equivale a 1 billón 170 mil millones de kilómetros.
- Algunas galaxias, como la galaxia 0402+379, parecen tener dos agujeros negros supermasivos en su centro, formando un sistema doble. Si chocaran, crearían fuertes ondas gravitacionales. Se cree que los agujeros negros supermasivos dobles son comunes cuando las galaxias se fusionan.
- Se descubrió un agujero negro supermasivo en la galaxia enana Henize 2-10, que no tiene un bulbo central. Las implicaciones de este descubrimiento para la formación de agujeros negros aún no se conocen. Podría indicar que los agujeros negros se formaron antes que los bulbos galácticos.
- El 28 de marzo de 2011, se supo que un agujero negro supermasivo afectó a una estrella cercana. Los astrónomos creen que la única explicación para la repentina radiación de rayos X es que un agujero negro supermasivo de un millón de masas solares absorbió parte de la estrella.
- En 2012, los astrónomos informaron de un agujero negro supermasivo inusualmente grande en la galaxia lenticular compacta NGC 1277. Se estima que pesa unos 17.000 millones de veces la masa del Sol. Este agujero negro representa el 59% de la masa del bulbo de la galaxia. Sin embargo, otro estudio sugirió que este agujero negro no es tan supermasivo, estimando su masa entre 2.000 y 5.000 millones de masas solares.
- El 28 de febrero de 2013, los astrónomos usaron el satélite NuSTAR para medir con precisión el giro de un agujero negro supermasivo por primera vez. Fue en NGC 1365, y se informó que su horizonte de sucesos giraba casi a la velocidad de la luz.
- En septiembre de 2014, se descubrió que la galaxia enana ultracompacta M60-UCD1 tiene un agujero negro de 20 millones de masas solares en su centro. Esto es sorprendente porque el agujero negro es cinco veces más masivo que el de la Vía Láctea, aunque la galaxia es mucho más pequeña.
- El 10 de abril de 2019, el consorcio internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos capturó la primera imagen real de un agujero negro supermasivo. Se encuentra en el centro de la galaxia M87.
- Algunas galaxias, sin embargo, no tienen agujeros negros supermasivos en sus centros. Aunque la mayoría de estas son galaxias enanas muy pequeñas, hay un misterio: la galaxia elíptica supergigante cD A2261-BCG no tiene un agujero negro supermasivo activo. Esto es extraño porque es una de las galaxias más grandes conocidas, diez veces el tamaño y mil veces la masa de la Vía Láctea. Un agujero negro supermasivo solo es detectable mientras está absorbiendo materia. Si no lo hace, puede ser casi indetectable, excepto por sus efectos en las órbitas de las estrellas.
Véase también
En inglés: Supermassive black hole Facts for Kids
- S5 0014+81 (el agujero negro supermasivo más grande conocido)
tr:Kara delik#Dev kara delikler
