Respuestas (LI): ¿Qué pasa cuando dos agujeros negros chocan?

Durante el mes que he estado de vacaciones he recibido muchas preguntas interesantes para la sección de respuestas y dos de ellas trataban el mismo tema: ¿Qué pasa cuando dos agujeros negros colisionan?

Fotografía de una parte del núcleo de nuestra galaxia, abarrotado de estrellas. En el centro de las galaxias residen los agujeros negros más grandes (hablaré de ello más adelante, pero necesitaba una imagen para encabezar el artículo). Crédito: Silas Laylock.

Los agujeros negros dan miedo. Por suerte no hay ninguno cercano en nuestro vecindario estelar, pero el mero hecho de imaginar un cuerpo completamente oscuro que no deja escapar nada de lo que cae en él (bueno, está la radiación de Hawking, de la que hablaba en esta entrada sobre cómo se forma un agujero negro) pone los pelos de punta.

Ante nada, voy a aclarar una cosa sobre los agujeros negros: al contrario de lo que sugieren en las películas, no son aspiradoras cósmicas malvadas.

Con esto quiero decir que su campo gravitatorio es el mismo que cualquier objeto que tenga la misma masa. Si sustituyéramos el sol por un agujero negro con una masa idéntica, por ejemplo, seguiríamos dando vueltas a su alrededor como si no hubiera pasado nada (aunque lo tendríamos bastante jodido sin la luz solar, como explicaba en esta otra entrada).

Los agujeros negros sólo son peligrosos si te acercas mucho a ellos. Me explico.

La fuerza gravitatoria disminuye con el cuadrado de la distancia. Esto significa que si te colocas el doble de cerca de un cuerpo celeste notarás cuatro veces más atracción gravitatoria, no el doble. ¿Y qué es exactamente la fuerza gravitatoria? Es el ratio con el que un cuerpo celeste tiende a acelerar las cosas hacia sí. Es decir, cuántos metros por segundo que te acelera cada segundo.

Los dos conceptos, en una imagen (los valores numéricos están inventados):

Si habéis leído la entrada que he recomendado antes sobre la formación de los agujeros negros, sabréis que éstos aparecen cuando la masa de una estrella moribunda se colapsa bajo su propia fuerza gravitatoria, quedando comprimida en una esfera de una fracción de su tamaño original. Por ejemplo, si el sol se convirtiera en un agujero negro, su diámetro actual de 1.400.000 kilómetros quedaría reducido a unos 5,9 kilómetros.

El punto de una esfera donde la fuerza de gravedad es máxima es su superficie. Si entras dentro de la esfera, entonces la masa que tienes a tu alrededor también tirará de ti en otras direcciones y la fuerza gravitatoria que sentirás será menor. La diferencia entre una estrella y un agujero negro con su misma masa es dónde está situado el punto donde la gravedad es máxima.

La superficie de una estrella está muy lejos de su núcleo y provoca que el punto donde la gravedad es máxima quede muy alejado de éste. En el caso de un agujero negro, en cambio, el punto de máxima gravedad está muy cerca del centro del agujero negro por su diminuto tamaño y, por tanto, la fuerza gravitatoria se vuelve inmensa en sus cercanías.

Aclarado esto, es más fácil explicar qué ocurre cuando dos agujeros negros se encuentran.

Cuando dos agujeros negros se encuentran, empiezan a orbitar alrededor del centro de masas del sistema, acercándose cada vez más entre sí y, por tanto, girando cada vez más rápido (porque la fuerza gravitatoria crece exponencialmente a medida que se reduce la distancia) hasta que colisionan, liberando una inmensa cantidad de energía. En vídeo:

Curiosamente, la masa del agujero negro resultante es algo menor que la suma de las dos masas, ya que este proceso libera una gran cantidad de energía y, como sabemos, existe una equivalencia entre la energía y la masa, expresada por la famosa fórmula de Einstein.

Este es el tipo de colisión que cabe esperar cuando entran en contacto dos agujeros negros normales.

¡¿Cómo que agujeros negros normales?! ¡¿Hay una clase especial de estos monstruos?!

Sí. Se llaman agujeros negros supermasivos.

Como su nombre indica, tienen una masa muchísimo mayor que los agujeros negros corrientes. Mientras el mayor agujero negro formado tras el colapso de una estrella que hemos encontrado tiene una masa equivalente a unas 33 veces la del sol, un agujero negro supermasivo puede alcanzar una masa miles de millones superior a la del sol.

Por poner un ejemplo, el agujero negro que se encuentra en el centro de la galaxia NGC  1277 es el más grande conocido, con una masa de 17 mil millones de soles. En la siguiente imagen, su tamaño aparece comparado con nuestro sistema solar entero, donde el círculo azul corresponde a la órbita de Neptuno.

Por suerte, estas barbaridades no vagan por el espacio tragándose todo lo que encuentran. Los agujeros negros supermasivos se encuentran confinados en el centro de las galaxias y son, en parte, el foco de gravedad que mantiene las estrellas de la galaxia en su sitio.

Al contrario que los agujeros negros convencionales, los supermasivos no se forman directamente con la explosión de una estrella de un tamaño inconcebible. Aún no se conocen del todo los mecanismos de su formación, pero tenemos pistas que nos dan una idea.

Sabemos que las primeras estrellas que aparecieron en el universo eran muchísimo más grandes que las actuales (explicaba por qué en esta otra entrada sobre el origen de la materia), así que quemaban su combustible muy rápido y terminaban sus vidas formando agujeros negros inmensos.

Estos agujeros negros crecerían a medida que absorbían gas y polvo interestelares o incluso otras estrellas del abarrotado centro galáctico hasta que eventualmente su gran masa los colocaría en el centro de las galaxias que empezaban a tomar forma. Mientras las primeras galaxias colisionaban entre sí y crecían más grandes, los agujeros negros que contenían sus núcleos se fusionaban, creando creando barbaridades aún mayores.

La colisión entre dos galaxias que eventualmente terminará en la fusión de sus agujeros negros centrales.

Pero, según las simulaciones informáticas, el choque entre agujeros negros súper-masivos no tiene por qué resultar en la fusión de los dos cuerpos originales.

Los agujeros negros rotan sobre su propio eje, igual que lo hace la Tierra, aunque éstos lo hacen bastante más rápido. Mientras un punto en la superficie de nuestro planeta da vueltas a unos 1.333 kilómetros por hora, un agujero negro súper-masivo lo hace a casi la mitad de la velocidad de la luz, que son unos 150.000 kilómetros por segundo.

A estas velocidades, un agujero negro súper-masivo puede salir despedido hacia el espacio a una vez al entrar contacto con otro, igual que ocurre algunas veces cuando dos peonzas chocan. Por suerte o por desgracia, este fenómeno aún no ha sido observado y tan sólo las simulaciones informáticas sugieren su existencia.

¡Y ya está! ¡Hasta aquí por hoy! Recuerdo que podéis mandarme vuestras preguntas a jordipereyra@cienciadesofa.com (seguramente habrá surgido más de una después de leer esta entrada).

20 pensamientos en “Respuestas (LI): ¿Qué pasa cuando dos agujeros negros chocan?”

  1. Gran e interesantísimo artículo pero donde dices “La fuerza gravitatoria aumenta con el cuadrado de la distancia” quizá se podría sustituir ‘aumenta’ por ‘disminuye’.

  2. hay algo que no entendí, al principio decía que la fusión de dos agujeros negros no sumaba su masa, es mas la disminuía un poco debido a la expulsión de energía, pero en la parte de los agujeros super-masivos dice que en el choque de galaxias crecían estos mismos.
    Me encanta esta pagina disfruto mucho su contenido, de antemano gracias.

    1. Gracias Iván. Decía que la masa total del nuevo agujero negro es menor que la suma de los dos que lo formaron.

      Si cada agujero negro tuviera una masa de 2 kilos (esta cifra no tiene ningún sentido para un agujero negro, solo es un ejemplo), al fusionarse se deberían convertirse en un agujero negro de 4 kilos, pero, por la pérdida de energía durante el proceso de fusión, el agujero negro resultante de el proceso de fusión tendrá 3,95 kilos. ¿Sirve de algo esta explicación?

      1. si, eso lo entiendo bien, entonces por que los agujeros negros supermasivos son tan grandes si no hay estrella tan grande que pueda convertirse en uno de ellos.

  3. hmm, “la superficie de una estrella te impide acceder a las zonas donde la gravedad es mayor (que se encuentran en su interior)”
    ¿estás seguro? me suena que la fuerza de la gravedad creada por una esfera maciza es máxima en su superficie, y que decrece conforme te acercas al centro, donde es cero.

    1. Sí, tienes razón, había usado esta fórmula para comparar la “geometría” entre los dos objetos más fácilmente sin complicar demasiado las cosas, pero es verdad que quedaba una imagen incompleta. Lo he cambiado, gracias.

  4. Me suena que hay una teoría o hipótesis de que el universo se cró a partir de un agujero negro hipermegasuper^1000 masivo tras fusinoarse con todos los agujeros negros masivos del universo anterior.

    Y que esto es una constante en la historia de los universos, donde continuamente se van creando universos tras colapsar en inmensos big bangs.

    Como se llama esta teoría o hipótesis? no recuerdo donde la leí… y m e pareció posible a nivel “imaginativo”.

  5. Se habla mucho de agujeros negros y demás elementos del espacio, pero la pregunta del millón seria, ¿Como se creo la materia? Suponiendo que a partir de la materia surgieron los gases y no viceversa.

    1. La materia no se crea ni se ha creado, lo que llamamos materia, es sólo una manifestación de la Energía sempiterna la cual es “todo información” la cual, sólo cambia de “formas” una de las cuales es nuestro Ser: el “Ser humano” el cual es una información especial de la Energía con las características de conciencia de que se dispone para la contemplación del resto de lo que queda al alcance…. Es mi opinión que puede no ser la más verdadera.

  6. “Si habéis leído la entrada que he recomendado antes sobre la formación de los agujeros negros, sabréis que éstos aparecen cuando la masa de una estrella moribunda se colapsa bajo su propia fuerza gravitatoria, quedando comprimida en una esfera de una fracción de su tamaño original. Por ejemplo, si el sol se convirtiera en un agujero negro, su diámetro actual de 1.400.000 kilómetros quedaría reducido a unos 5,9 kilómetros.”

    Yo pensaba que los agujeros negros al colapsar sobre si misma toda la materia de la estrella que lo produce (neutrones) y provocan lo que se llama singularidad del espacio tiempo en su interior. Entendía pues que no existe ninguna esfera, ni materia comprimida solida en su interior que la sustente porque dicha materia (particular de neutrones.) colapsa. Me lo puedes aclarar? Grazie.

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