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Hace más de un año comentábamos en la columna sobre la imagen recreada del agujero negro que está el centro de nuestra galaxia (ver https://03442.com.ar/2022/06/columna-de-astronomia-primera-imagen-del-agujero-negro-en-el-corazon-de-nuestra-galaxia/ )
A partir de ahí se abrió un nuevo interés en éstos objetos predichos por Albert Einstein y estudiados a fondo por Stephen Hawkings.
Hoy, trataremos el tema de la “espaguetización” que sufriría un objeto, particularmente una persona al comenzar a caer en un agujero negro.
Pero primero, veamos comparativamente dos agujeros negros, el que está en el centro de nuestra galaxia (Sagitario A) y otro, en el centro de la galaxia Messiser 87: La galaxia elíptica M87 (también conocida como Galaxia Virgo A, Virgo A, Messier 87, M87, o NGC 4486) es una galaxia elíptica gigante fácil de ver con telescopios (en entornos adecuados, desde luego), en la siguiente imagen, se ven los dos centros de M87 y Sagitario A:
Comparación del tamaño de los dos agujeros negros fotografiados por la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT): M87*, en el corazón de la galaxia Messier 87, y Sagitario A* (Sgr A*), en el centro de la Vía Láctea.
La imagen muestra la escala de Sgr A* en comparación tanto con M87* como con otros elementos del Sistema Solar como las órbitas de Plutón y Mercurio. También se muestra el diámetro del Sol y la ubicación actual de la sonda espacial Voyager 1, la nave espacial más alejada de la Tierra.
M87*, que se encuentra a 55 millones de años luz de distancia, es uno de los agujeros negros más grandes conocidos con más de 4 000 millones de masas del Sol.
Mientras que Sgr A*, a 27.000 años luz de distancia, tiene una masa aproximadamente cuatro millones de veces la del Sol, debido a sus distancias relativas a la Tierra, ambos agujeros negros parecen del mismo tamaño en el cielo.
Bien, sin duda, la forma más espectacular de morir en el espacio es caer dentro de un agujero negro. ¿Dónde más en el universo pudiera perderse la vida a manos de algo que te arranca átomo por átomo?
Los agujeros negros son regiones de espacio donde la gravedad es tan alta que el tejido del espacio y el tiempo se curva sobre sí mismo, cerrando las puertas de salida. Otra forma de ver este dilema: la velocidad que se necesita para escapar de un agujero negro es mayor que la velocidad de la luz. La luz viaja exactamente a 299 792 458 metros por segundo y es lo más veloz que hay en el universo. Si la luz no puede escapar, tampoco usted, y por ello es que se llaman agujeros negros.
Todos los objetos cuentan con velocidades de escape: la de la Tierra es apenas 11 kilómetros por segundo, por lo cual la luz escapa libremente, como lo haría cualquier cosa que volara más rápido que 11 kilómetros por segundo (así que por favor dígale a todos los que gustan de decir «todo lo que sube tiene que bajar» que han sido mal informados.)
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein, publicada en 1916, proporciona claves para comprender la extraña estructura del espacio y el tiempo en un ambiente de alta gravedad. Investigaciones posteriores del físico estadounidense John A. Wheeler, y otros, han ayudado a formular un vocabulario, así como el instrumental matemático para describir y predecir lo que un agujero negro puede hacer a sus alrededores; por ejemplo, el límite exacto entre dónde puede escapar la luz, que separa lo que se halla en el universo de aquello que se ha perdido en un agujero negro, lo que se conoce poéticamente como el horizonte de sucesos.
Y por convención, el tamaño de un agujero negro es el del horizonte de sucesos, que es una cantidad que puede calcularse y medirse.
Mientras tanto, la masa que está adentro del horizonte de sucesos se ha reducido a un punto infinitesimal en el centro del agujero negro. Así que estos no solo son objetos mortíferos sino regiones mortíferas del espacio.
Exploremos en detalle qué hacen los agujeros negros a un cuerpo humano que se acercara demasiado: si uno se tropezara con un agujero negro y cayera con los pies por delante hacia el centro, a medida que se acerque la fuerza de gravedad del agujero negro crecería astronómicamente. Es curioso, pero usted no sentiría esta fuerza, pues todo aquello que está en caída libre está ingrávido. Sin embargo, lo que se siente es algo mucho más siniestro. Mientras se cae, la fuerza de gravedad del agujero negro en sus pies, por estar más cerca del centro, se acelera más velozmente que la fuerza más débil en su cabeza. La diferencia entre ambas fuerzas se conoce oficialmente como fuerza de marea, la cual crece aceleradamente a medida que se aproxima al centro.
En la Tierra y en la mayoría de los lugares del cosmos, esta fuerza en el cuerpo humano es tan minúscula que no se advierte, pero en esta caída hacia el agujero negro, la fuerza de marea es lo que se siente. Si estuviéramos hechos de goma, nos podríamos estirar en respuesta, pero los humanos estamos hechos de otros materiales, como huesos, músculos y órganos.
Nuestro cuerpo permanecería entero hasta que las fuerzas de marea excedieran las ligas moleculares del cuerpo (si la “Santa Inquisición” hubiera tenido acceso a los agujeros negros, en lugar de los potros, de seguro hubiera sido el instrumento de estiramiento preferido).
Este es el momento terrible cuando el cuerpo se parte en dos segmentos. Al descender más hacia el centro, la diferencia en la gravedad empieza a crecer, y ambas partes se vuelven a romper en dos. Poco después, tales segmentos se subdividen sucesivamente, bifurcando el cuerpo en más y más partes: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, etcétera. Luego de que uno ha sido destrozado en jirones de moléculas orgánicas, las moléculas comienzan a sentir las crecientes fuerzas de marea. Finalmente, se rompen en un chorro de sus propios átomos. Y entonces, por supuesto, los átomos se dividen dejando un desfile irreconocible de partículas que, minutos atrás, habían sido un ser humano.
Pero hay más malas noticias: todas las partes del cuerpo se desplazan al mismo sitio: el centro del agujero negro. Así que mientras uno es deshecho de la cabeza a los pies, será expulsado a través del tejido del espacio y el tiempo, como una crema dental que se exprime por un tubo.
A la lista de palabras que describen las maneras de morir (por ejemplo, homicidio, suicidio, electrocución, sofocación, hambre, envenenamiento) agregamos ahora espaguetización.
A medida que un agujero negro se alimenta, su diámetro crece en proporción directa a su masa. Si, por ejemplo, un agujero negro se comiera el triple de su masa, su diámetro crecería al triple. Por tanto, los agujeros negros pueden tener cualquier tamaño, pero no todos nos espaguetizarán antes de atravesar el horizonte de sucesos.
Solo los «pequeños» lo hacen. ¿Por qué? Para sufrir una muerte gráfica y espectacular, lo que importa es la fuerza de marea; como regla general, la fuerza de marea solo es grande cuando el tamaño de nuestro cuerpo es grande en comparación con la distancia entre nosotros y el centro del objeto. En un ejemplo simple pero extremo, si un hombre de 1.8 m de estatura (que no es fácil de desmembrar) cayera con los pies por delante hacia un agujero negro de 1.8 m, entonces en el horizonte de sucesos su cabeza se encontraría al doble de la distancia al centro del agujero que sus pies. Aquí, la diferencia en la fuerza de gravedad de los pies y la cabeza sería muy grande. Pero si el agujero negro midiera 1 800 m de diámetro, entonces los pies de este individuo estarían a una décima de 1% más cerca que su cabeza, y la diferencia en la gravedad —la fuerza de marea— sería correspondientemente pequeña.
De manera equivalente, se podría hacer una simple pregunta: ¿cuán velozmente puede cambiar la fuerza de gravedad a medida que uno se aproxima a un objeto? Las ecuaciones de gravedad muestran que la gravedad cambia con mayor velocidad a medida que uno se acerca al centro de un objeto. Los agujeros negros más pequeños permiten acercarse mucho más a su centro antes de ingresar al horizonte de sucesos, por lo cual el cambio en la gravedad a distancias cortas puede ser devastador para los que caigan en ellos.
Un agujero negro ordinario contiene muchas veces la masa del Sol, pero concentra todo en un horizonte de sucesos de 19 km de diámetro. Esto es lo que los astrónomos discuten en sus pláticas informales sobre este asunto. En una caída adentro de esta bestia, su cuerpo empezará a quebrarse a 161 km del centro. Otro tipo de agujero negro contiene mil millones de veces la masa del Sol y su horizonte de sucesos es de casi el tamaño de todo el sistema solar. Agujeros negros así son los que se hallan en el centro de las galaxias. Aunque su gravedad total sea monstruosa, la diferencia en gravedad de nuestra cabeza a los pies cerca de sus horizontes de sucesos es relativamente pequeña.
En efecto, su fuerza de marea puede ser tan débil que uno pudiera caer dentro de su horizonte de sucesos en una sola pieza, solo que jamás podría salir de ahí para contarlo. Y cuando finalmente uno sea deshecho, ya adentro del horizonte, nadie que esté afuera podrá verlo. Hasta donde sé, nadie ha sido comido por un agujero negro, pero hay evidencia convincente que sugiere que los agujeros negros rutinariamente se alimentan de estrellas ambulantes y de nubes de gas. A medida que se acerca la nube al agujero, casi nunca cae de manera directa.
A diferencia de una caída de coreografía, con los pies por delante, una nube de gas es arrastrada a orbitar alrededor antes de precipitarse en espiral a su destrucción. Las partes de la nube que están más cerca del agujero negro orbitarán más rápido que aquellas que se hallan más lejos. Conocido como rotación diferencial, este simple cizallamiento puede acarrear extraordinarias consecuencias astrofísicas: a medida que las capas de nubes se precipitan cada vez más cerca del horizonte, se calientan, debido a la fricción interna, hasta sobrepasar el millón de grados —más caliente que la suprficie de cualquier estrella conocida—. El gas brilla con luz azul a medida que se convierte en una gran fuente de energía ultravioleta y de rayos X. Lo que inició como un agujero negro aislado e invisible (que a nadie molestaba) ahora es un agujero negro invisible rodeado de una autopista gaseosa que resplandece con la radiación de alta energía. Éso es lo que muestran la imagen al principio: la “corona” de energía generada por la materia que hacia el agujero calentándose enormemente y así radiando energía electromagnética en forma de luz y radiaciones.
En vista de que las estrellas son 100% esferas certificadas de gas, no son inmunes al destino que sufrió nuestra pobre nube: si una estrella en un sistema binario se convierte en un agujero negro, este no podrá comer sino hasta finales de la vida de su acompañante, cuando crezca para convertirse en una gigante roja. Si esta crece lo suficiente, al final será desollada a medida que el agujero negro pele y se coma a la estrella, capa por capa. Para un astro que ambulara por el vecindario, las fuerzas de marea al principio lo estirarían, si bien finalmente la rotación diferencial lo destrozará en un disco de gas muy luminoso.
Cuando un astrofísico teórico necesita una fuente de energía en un espacio diminuto para explicar algún fenómeno, los agujeros negros se vuelven la principal materia prima: por ejemplo, como hemos visto, los lejanos y misteriosos cuásares (la semana que viene los explicamos) tienen cientos o miles de veces la luminosidad de toda la Vía Láctea, pero su energía emana principalmente de un volumen que no es mayor que el de nuestro sistema solar.
Sin un agujero negro supermasivo como motor central del cuásar, no tenemos una explicación alterna. Sabemos ahora que los agujeros negros son comunes en los núcleos de las galaxias. Para algunas de ellas, una luminosidad sospechosamente alta en un volumen sospechosamente estrecho proporciona la necesaria evidencia, pero la luminosidad real depende bastante de si hubiera estrellas y gas para que el agujero negro los destroce.
Otras galaxias pudieran tener uno también, pese a tener una luminosidad central ordinaria. Estos agujeros negros podrían haberse comido todas las estrellas y gas circundantes sin dejar rastro. Pero los astros cercanos al centro, en órbita cercana al agujero (aunque no tanto como para ser consumidos) se moverán de manera muy acelerada. Tales velocidades, al combinarse con las distancias de los astros respecto del centro de la galaxia, son directamente proporcionales a la masa total contenida en sus órbitas. Con esa información, se puede calcular si la masa central atrayente es, en efecto, lo suficientemente concentrada para ser un agujero negro.
Los mayores suelen tener masas de más de mil millones de soles, como las que se hallan en la titánica galaxia elíptica M87, la mayor del grupo de galaxias de Virgo. Al final de la lista, aunque todavía grande, se encuentra el agujero negro de 30 millones de masas solares en el centro de la galaxia de Andrómeda, nuestra vecina espacial cercana.
¿Empieza a sentir envidia del agujero negro?
Es justificable: el del centro de la Vía Láctea mide apenas cuatro millones de masas solares. Pero sin importar la masa, se dedican a la muerte y la destrucción.
Adaptado de “Muerte por Agujeros Negros”, Neil deGrasse Tyson.
¿ Interesante verdad ??, como siempre, invitamos a seguirnos a través de nuestras redes para estar al tanto de las actividades referentes a esta hermosa ciencia; en face: astroamigos Concepción del Uruguay y en insta astroamigos_cdelu.
Que haya tenido un buen comienzo de la primavera (comenzó ayer, sábado 23 de septiembre a las 03:49 hora Argentina) y será hasta la semana que viene !
