Los agujeros negros se encuentran entre los fenómenos más fascinantes del espacio exterior, y estamos aprendiendo más sobre ellos todo el tiempo. Solo la semana pasada un grupo de astrónomos publicó un artículo que documentaba una rara colisión visible de agujeros negros, que produjo un destello de luz que permitió a los científicos ver el evento desde la Tierra.

Desde Star Trek hasta Doctor Who y The Orville, la ciencia ficción a menudo incorpora agujeros negros en las historias, en gran parte porque todavía hay muchas cosas que no sabemos. Pero Alexander Vilenkin no se intimida en absoluto ante este vasto y complejo tema. El profesor Leonard y Jane Holmes Bernstein de Ciencias Evolutivas en el Departamento de Física y Astronomía de Tufts, ha estudiado cosmología teórica, incluida la energía oscura, cuerdas cósmicas, y el multiverso, por décadas. Si alguien puede ayudar a desentrañar parte del misterio en torno a los agujeros negros, es él.

Vilenkin dio recientemente a Tufts Now un curso intensivo para hacer que estos gigantes cósmicos sean un poco más accesibles. Aquí hay tres hechos sobre los agujeros negros para entender.

Los agujeros negros pueden ser incomprensiblemente enormes

Los agujeros negros se miden por su tamaño y masa, o la cantidad de materia que tienen. Un agujero negro de tamaño mediano puede tener una masa veinte veces mayor que la del Sol. Sin embargo, el tirón de la gravedad dentro de un agujero negro es tan fuerte que condensa toda esa masa en una bola con un diámetro de sólo unas veinte millas.

Los agujeros negros supermasivos son los agujeros negros más grandes. Vilenkin dijo que estos gigantes pueden tener una masa de mil millones de soles con un diámetro aproximadamente del tamaño de nuestro sistema solar.

Cada gran galaxia incluida la Vía Láctea, tiene al menos un agujero negro supermasivo en su centro. "En lo que respecta a los agujeros negros supermasivos, el nuestro es bastante pequeño. Son solo unos pocos millones de masas solares, " él dijo.

El agujero negro más pequeño registrado es prácticamente pequeño:apenas tiene cuatro veces la masa de nuestro sol.

Los agujeros negros pueden fusionarse

Los agujeros negros que están cerca uno del otro tienden a acercarse más, dijo Vilenkin. "Lo que pasa es que estos agujeros negros se adhieren entre sí, gravitacionalmente y empezar a rotar entre sí. Forman un sistema binario, y mientras giran, gradualmente perderán su energía por radiación gravitacional. Se acercan cada vez más y giran uno alrededor del otro cada vez más rápido. Eventualmente se fusionan " él dijo.

Hasta aquí, no se han observado colisiones de agujeros negros supermasivos, pero los astrónomos han observado colisiones de agujeros negros mucho más pequeños, dijo Vilenkin.

No podemos ver tal colisión a través de un telescopio, no importa lo potente que sea, porque ninguna luz puede escapar de un agujero negro. Sin embargo, utilizando instrumentos muy sensibles (y muy grandes) llamados detectores de ondas gravitacionales, los científicos pueden detectar y medir ondas gravitacionales emitidas por agujeros negros. Las ondas son como ondas en el espacio-tiempo (más sobre eso en un momento), y los datos recopilados cuentan la historia de lo que está sucediendo a millones o miles de millones de años luz de distancia.

"Las ondas gravitacionales emitidas mientras los agujeros negros están orbitando en sus sistemas binarios son típicamente demasiado débiles para ser detectadas. Pero esta dosis final de radiación cuando los agujeros negros están a punto de fusionarse, y cuando finalmente se fusionan para formar un agujero negro más grande, se ha observado muchas veces, " él dijo.

Las ráfagas de radiación gravitacional duran muy poco tiempo, pero vienen en un cierto patrón. Cuando los astrónomos ven este patrón, Vilenkin dijo:pueden identificarlo como una colisión de agujeros negros y averiguar sus masas y qué tan lejos están. En septiembre de 2019, La NASA anunció que los astrónomos detectaron tres agujeros negros supermasivos en curso de colisión en un sistema a unos mil millones de años luz de la Tierra.

Los agujeros negros tienen un punto de no retorno

Los agujeros negros tienen lo que se llama un horizonte de eventos. Piense en esto como la superficie del agujero negro. Nada puede escapar de debajo de la superficie incluida la luz. Entonces, ¿qué pasa cuando por ejemplo, una nave espacial, cruza el horizonte de eventos?

"Digamos que la nave espacial nos envía pulsos de luz cuando se acerca al agujero negro. Cuando la nave espacial se acerca al horizonte de eventos, los pulsos se volverán cada vez más débiles, y los intervalos entre ellos se hacen cada vez más largos, "dijo Vilenkin." A medida que la nave espacial se acerca mucho al horizonte de eventos, lo vemos como si estuviera congelado. Nunca veremos que la nave espacial pase por debajo del horizonte de sucesos porque la luz no puede escapar de allí ".

¿Qué pasa con los viajeros en la nave espacial? Vilenkin dijo cuando la nave espacial se acerca al horizonte de eventos, no notarían nada en particular, y todavía nos verían. Sin embargo, una vez que cruzan el horizonte de eventos, este es un punto sin retorno. No puedes darte la vuelta y salir. Solo puedes moverte hacia el centro del agujero negro, él dijo.

La gravedad se hará cada vez más fuerte y dado que la gravedad estira las cosas en una dirección, la nave espacial se espaguetizará. "Eventualmente, esta nave espacial llegará al punto central, que se llama la singularidad. La singularidad es, matemáticamente, donde la gravedad se vuelve infinitamente fuerte, por lo que la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita. Realmente no podemos decir qué sucede exactamente en singularidad, pero la nave espacial y todo lo que hay dentro será destruido mucho antes de que la nave alcance la singularidad, "Dijo Vilenkin.