Los agujeros negros son aspiradoras cósmicas: objetos masivos tan grandes que ni siquiera la luz puede escapar de ellos.
La mayoría de la gente imagina agujeros negros no hacen nada más que sentarse allí y devorar pedazos de gas o polvo errantes.
Pero, ¿podrían los agujeros negros tener vidas interiores más interesantes? ¿Podrían, por ejemplo, explotar? Si una «explosión» es «una liberación repentina y breve de enormes cantidades de energía», entonces la respuesta es inequívocamente sí. Y lo mejor es que pueden explotar de varias maneras interesantes, ya sea detonándose a sí mismos o detonando sus entornos cercanos.
Radiación de Hawking
Hay una forma en que los agujeros negros pueden explotar. El proceso detrás de esto está relacionado con el hecho de que los agujeros negros no son completamente negros, lo cual fue descubierto por el famoso astrofísico Stephen Hawking en 1976.
«En la física clásica, nada puede salir del agujero», dijo Samir Mathur, físico de la Universidad Estatal de Ohio, a WordsSideKick.com en un correo electrónico. «Pero Hawking descubrió que con mecánica cuántica, el agujero filtra lentamente su energía al infinito al emitir radiación de baja energía; esto se llama radiación de Hawking».
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Mientras un agujero negro no absorba material nuevo, perderá masa lentamente a medida que emite radiación de Hawking. Sin embargo, la radiación de Hawking se emite lentamente. Un agujero negro normal con una masa unas pocas veces mayor que la del sol emite aproximadamente un fotón, o paquete de luz, cada año. A ese ritmo, el agujero negro típico tardaría 10^100 años en evaporarse por completo.
Pero Hawking se dio cuenta de que los agujeros negros más pequeños se evaporan mucho más rápido. A medida que un agujero negro se vuelve más y más pequeño, emite más y más radiación. En los últimos momentos de su vida, el agujero negro emite tanta radiación, tan rápidamente que actúa efectivamente como una bomba, liberando un torrente de partículas y radiación de alta energía.
Si hay agujeros negros pequeños (aproximadamente del tamaño de Tierra) formados en el universo extremadamente temprano, tardarían unos miles de millones de años en evaporarse, lo que significa que estos agujeros negros «primordiales», si existen, estarían explotando en todo el universo en este momento.
Hasta la fecha, los astrónomos no han encontrado ninguna evidencia de la explosión de agujeros negros primordiales, pero podrían estar ahí fuera.
superradiancia
Los agujeros negros estallan con otro tipo de explosión que no se encuentra en ningún otro lugar del universo, gracias al hecho de que giran. Los agujeros negros giratorios, también llamados agujeros negros de Kerr en honor al matemático neozelandés Roy Kerr, quien descubrió por primera vez cómo funcionan, crean una ergosfera alrededor de sus horizontes de eventos. Una ergosfera es una región alargada del espacio donde nada puede permanecer quieto. Cualquier cosa que caiga hacia el agujero negro giratorio comienza a orbitar alrededor de él cuando la partícula ingresa a la ergosfera.
la rotación tiempo espacial alrededor de un agujero negro también puede atraer fotones. Si hay suficientes fotones, pueden rebotar entre sí o con cualquier partícula errante. A veces, el rebote hace que los fotones escapen de la ergosfera. Pero otras veces el rebote hace que los fotones caigan más profundamente hacia el agujero negro, donde adquieren energía. Luego pueden dispersarse a una órbita más alta nuevamente y luego volver a caer.
Con cada repetición del proceso y cada viaje alrededor del agujero negro, el fotón gana energía. Este proceso se llama «superradiación». Si el fotón finalmente se libera, tendrá una enorme cantidad de energía en comparación con cuando comenzó su viaje por primera vez.
Si participan suficientes fotones en el proceso, todos pueden explotar a la vez con una energía increíble, convirtiéndose en lo que se conoce como una «bomba de agujero negro». Aunque el agujero negro en sí mismo no explota, este efecto superradiante muestra una vez más cuán poderosamente los agujeros negros pueden afectar su entorno.
Discos y jets
La forma más común en que los agujeros negros provocan explosiones no es a través de su propia autodestrucción, sino a través del poder absoluto de su abrumadora fuerza gravitatoria. Los agujeros negros supermasivos se asientan en los centros de las galaxias y, a veces, grandes acumulaciones de materia, como las estrellas, pasan demasiado cerca. Cuando eso sucede, la estrella se rompe en pedazos por los efectos de las mareas, y este proceso de desgarro libera una ráfaga explosiva de energía. Los astrónomos en la Tierra pueden presenciar esta liberación de energía como un destello breve pero intenso de radiografía y rayo gamma radiación.
Además de triturar estrellas, estos agujeros negros gigantes acumulan con frecuencia enjambres de materia que se arremolinan constantemente a su alrededor en discos de acreción gigantes. Los discos de acreción alcanzan temperaturas de billones de grados, lo que los convierte en los objetos más brillantes del universo: un solo disco brillante puede eclipsar a más de un millón de galaxias a la vez.
En su punto más potente, los discos se vuelven eléctricos y campos magnéticos que canalizan parte del material del disco alrededor de los agujeros negros y lo expulsan en forma de chorros largos y delgados que alcanzan decenas de miles de años luz.
Si bien estos chorros técnicamente no cuentan como explosiones, siguen siendo bastante intensos.
Publicado originalmente en Live Science.