🕠 🛋️ 🧙🏾 El agujero negro más pequeño del universo. 🔑 🛀🏾 🏌️

Descubrieron que a la luz uno puede necesitar tanto como comida.
- Stephen King

Cuando miras hacia arriba y penetras en las profundidades del cielo nocturno, inmediatamente recuerdas que hay todo un universo lleno de milagros. Pero además de los meteoritos, planetas, estrellas, nebulosas y galaxias que iluminan el Universo, existen otras formas de materia que son completamente invisibles para nuestro ojo.

Y no estoy hablando de gas frío y polvo, invisibles en el rango visible. Estos artículos están hechos de los mismos ladrillos de construcción (protones, neutrones, electrones) como nosotros. Y aunque pueden no emitir (o incluso absorber) luz visible, si observamos a las longitudes de onda deseadas, las veremos.

Cuando dirigimos los mejores observatorios a las rayas "oscuras" de polvo ubicadas hacia el centro de la Galaxia, esto es lo que vemos:

Y, sin embargo, incluso si hablamos de materia normal, de la que estamos hechos estrellas, planetas, gas, polvo, tú y yo, todavía hay fuentes que no emiten luz a ninguna longitud de onda. No pueden hacer esto, porque por definición, nada puede escapar de ellos.

Por supuesto, estoy hablando de agujeros negros.

Sabemos que estos objetos existen, no solo teóricamente, sino también a partir de observaciones. Con solo mirar la región central de nuestra galaxia, podemos rastrear las órbitas de las estrellas y descubrir que se mueven alrededor de un objeto central que tiene cuatro millones de masas solares, que, al mismo tiempo, no emite luz.

De hecho, en el centro de la mayoría de las galaxias hay agujeros negros supermasivos, muchos de los cuales son miles de veces más pesados que el monstruo en el centro de la Vía Láctea. Representan el mayor de los agujeros negros del Universo y están formados, como se cree, por la fusión y absorción de millones de cadáveres antiguos de estrellas masivas muertas.

Por supuesto, las estrellas masivas más grandes y brillantes son más fáciles de ver si miras el cúmulo de estrellas jóvenes. Se puede decidir que debido al hecho de que son más grandes que otros, viven más tiempo, ya que tienen más reservas de combustible, pero de hecho, ¡lo contrario es cierto!

Las estrellas más masivas, clases O y B, son literalmente decenas de miles de veces más brillantes que el Sol, debido al hecho de que queman su combustible decenas de miles de veces más rápido. ¡Y aunque tienen una masa decenas o cientos de veces más que el Sol, queman su combustible tan rápido que su tiempo de vida puede ser de solo unos pocos millones (o incluso varios cientos de miles) de años! Y cuando mueren las estrellas más masivas, mueren no solo en una explosión de supernova ...

¡El núcleo de la estrella también se colapsa y deja una estrella de neutrones o un agujero negro!

Por lo general, la gravedad trabaja para comprimir la estrella, la empuja hacia adentro y trata de colapsar. Cuando ocurre fusión nuclear en el núcleo, la presión de su radiación externa se equilibra con la compresión gravitacional y restringe la estrella. Incluso cuando termina la fusión nuclear, la materia sigue siendo algo sólido y los átomos resisten el colapso bastante bien. En una estrella como el Sol (o incluso cuatro veces más masiva en una estrella), al final de la fusión nuclear, el núcleo de la estrella se reducirá a un tamaño comparable al de la Tierra, pero no más, porque los átomos alcanzarán un estado después del cual se negarán a comprimirse.

Esta presión se debe al hecho de que las partículas cuánticas requieren más fuerza para comprimirlas de lo que la gravedad del Sol puede producir. ¡Pero una estrella con una masa superior al 400% de nuestra masa se convertirá en una supernova, y su región central colapsará, al pasar el estado atómico, y más allá del núcleo de neutrones puros! En lugar del tamaño de la Tierra, una estrella de neutrones de masa solar estará encerrada en una esfera de varios kilómetros de diámetro.

Y aunque solo una pequeña fracción de la estrella original permanece en el núcleo, la masa de las estrellas de neutrones varía desde el sol hasta tres veces la masa solar. Pero para una masa más allá de este límite, incluso los neutrones ceden ante la fuerza de la gravedad y se comprimen a tamaños tan pequeños que la luz no puede escapar de ellos. ¡En esta etapa, pasamos de una estrella de neutrones a un agujero negro!

Entonces, ¿cuál de los agujeros negros conocidos será mínimo? Actualmente hay tres candidatos, y algunos están más cerca de la victoria que otros.

IGR J17091-3624: un agujero negro en un sistema binario que podemos detectar debido a los fuertes vientos estelares creados por el sistema binario. En lugar de caer en un agujero negro, el 95% de la materia absorbida de una estrella compañera vuela al espacio interestelar. Esto es en realidad un agujero negro de pequeña masa, pero la precisión de las mediciones nos da una dispersión de 3 a 10 masas solares.

GRO J0422 + 32: otro sistema binario parpadeante ubicado a solo 8000 años luz de la Tierra, y las estimaciones de su masa varían mucho. Algunos equipos creen que esta es una estrella de neutrones con una masa de solo 2.2 veces la del sol; otros afirman que su masa está más cerca del cuarto solar, y otro está más cerca de 10 solares. Todavía no hay una solución final, pero si estuviera apostando por el agujero negro más pequeño conocido, apostaría por este candidato.

XTE J1650-500: al principio se anunció que su masa es 3.8 solar, pero desde entonces las estimaciones han cambiado a 5 masas solares. Este sistema binario emite rayos X desde un disco de acreción, y al estudiar objetos de esta clase, descubrimos la conexión entre la radiación emitida y la masa del agujero negro.

Dondequiera que este límite se encuentre entre una estrella de neutrones y un agujero negro, ya sea 2.5 o 2.7, o 3.0, o 3.2 masas solares, exactamente allí, como podría razonar, debe buscar agujeros negros mínimos . ¡Pero hay tres posibilidades más que podemos descubrir!

1) ¡La fusión de las estrellas de neutrones! Es este proceso el que conduce a la aparición de elementos muy pesados en el Universo, como el oro, y se produce como resultado de la colisión de dos estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son mucho más comunes que los agujeros negros, y aunque sus colisiones son raras, ocurren cada 10,000-100,000 años en una galaxia, si recuerdas que el Universo tiene más de 10 mil millones de años y que contiene casi un billón de galaxias.

Es posible que en la colisión de dos estrellas de neutrones, incluso si su masa no cruza este límite para la formación de un agujero negro, el resultado seguirá siendo un agujero negro con una masa más pequeña que la de la supernova formada después de la explosión. Así que hay esperanza de encontrar un agujero negro con una masa un poco más de dos solares en nuestra galaxia, ¡ya que debería haber visto de 100,000 a 1,000,000 de tales eventos!

Suponga que no está satisfecho con la masa de agujeros negros disponibles y desea hacer que el agujero negro sea aún más pequeño. Buenas noticias: solo tienes que esperar!

2) ¡Los agujeros negros pierden peso con el tiempo! Dado que la naturaleza del Universo es cuántica, los agujeros negros no son objetos estáticos debido a la aparición constante de fluctuaciones de partículas antipartículas que ocurren tanto dentro como fuera, y en el horizonte de eventos del agujero negro. Y aunque esto sucede bastante lentamente, los agujeros negros se evaporan gracias a un proceso conocido como radiación de Hawking.

En este caso, no un flujo de partículas o antipartículas proviene de los agujeros negros, sino una radiación de muy baja energía y casi constante de un cuerpo negro.

Durante largos períodos de tiempo, del orden de 10 ⁶⁸ o 10 ⁶⁹ años, los agujeros negros de las masas más pequeñas se evaporan, perdiendo su masa al principio lentamente, y luego extremadamente rápido, evaporando las últimas toneladas en unos pocos microsegundos.

Entonces, si desea obtener agujeros negros de incluso menos masa que la que hay ahora, solo espere. Bueno, si los necesitas ahora mismo, tengo malas noticias para ti.

3) El Universo podría nacer con agujeros negros microscópicos, pero no nació. La idea de los agujeros negros primitivos apareció en la década de 1970, y es ingeniosa a su manera. El Universo estuvo una vez en un estado caliente, denso, uniforme y en rápida expansión. Si en ese momento cualquier región fuera solo un 68% más densa que el promedio, colapsaría automáticamente en un agujero negro, y si tuviera muchas de esas regiones, obtendríamos un universo lleno de agujeros negros microscópicos.

Pero medimos la magnitud de las fluctuaciones de densidad en un Universo muy temprano, y cómo cambia con la escala, si bajas de las escalas más grandes a las más pequeñas.

En lugar de fluctuaciones en 68%, las oscilaciones ordinarias alcanzaron una potencia de solo 0.003%, lo que claramente no es suficiente para la aparición del Universo con al menos un agujero negro primitivo. Peor aún, si vas en una escala cada vez menor, se vuelve casi increíble. Si todo fuera diferente, el Universo estaría lleno de ellos; pero esto simplemente no es nuestro universo.

Esta es la historia de los agujeros negros más pequeños del Universo, desde aquellos conocidos por nosotros que aún no se han encontrado, hasta aquellos cuya apariencia solo necesitas esperar.

El agujero negro más pequeño del universo.

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