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?
Así que, sin más preámbulos, hoy toca responder esta cuestión después de la imagen bonita de cabecera.
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.
Todos tenemos una idea aproximada de lo que es un agujero negro: un objeto que es completamente oscuro porque nada puede escapar de su tirón gravitatorio, ni siquiera la luz. Eso sí, existe un tipo de radiación, la radiación de Hawking, que sí que puede escapar de la gravedad de un agujero negro. Hablaba de ella en esta entrada.
Pero, aun así, me gustaría aclarar una cosa sobre los agujeros negros: al contrario de lo que sugieren en las películas, no son aspiradoras cósmicas malvadas que absorben todo lo que encuentran a su paso, por muy lejos que esté.
El campo gravitatorio de un agujero negro se comporta de la misma manera que el de cualquier objeto que tenga la misma masa. Por ejemplo, si sustituyéramos el sol por un agujero negro con una masa idéntica, seguiríamos dando vueltas a su alrededor como si no hubiera pasado nada (aunque la falta de luz solar nos complicaría la vida, como explicaba en esta otra entrada).
En realidad, los agujeros negros sólo son peligrosos si te acercas mucho a ellos. Me explico.
La fuerza gravitatoria disminuye con el cuadrado de la distancia, lo que significa que, si reduces la distancia que te separa de un cuerpo celeste a la mitad, notarás cuatro veces más atracción gravitatoria, no el doble. En la siguiente imagen podéis ver cómo aumenta la intensidad de la gravedad a media que el borrón la nave se acerca a la estrella (los valores numéricos están inventados):
Por otro lado, los agujeros negros se forman 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.
Esto es importante para la entrada de hoy porque la región de un cuerpo celeste sobre la que la fuerza de gravedad alcanza su valor máximo es su superficie. Sé que suena extraño pero, como explicaba en esta otra entrada, si pudiéramos adentrarnos en las profundidades de la Tierra, la intensidad de la fuerza gravitatoria que experimentaríamos sería cada vez menor porque el material que nos rodea estaría tirando de nuestros cuerpos desde muchas direcciones diferentes. Como resultado, la intensidad tirón gravitatorio que sufriríamos en una dirección se compensaría con el de las otras hasta que, en el centro de nuestro planeta, estaríamos en condiciones de ingravidez. Recomiendo leer la entrada que acabo de mencionar para entender mejor este concepto.
Sea como sea, el caso es que la superficie de un cuerpo celeste limita la intensidad de la gravedad que podemos experimentar. Este es el motivo por el que la gravedad se puede volver tan extrema cerca de, un objeto que no tiene una superficie sólida que detenga nuestra caída, como un agujero negro.
La superficie de una estrella o un planeta está muy lejos de su centro de masas, así que la región donde ejerce su fuerza gravitatoria máxima máxima está muy alejada del «foco» de la gravedad (en el centro de la estrella). En cambio, toda la masa del agujero negro está concentrada en un punto minúsculo que no está rodeado por una superficie. Por tanto, a medida que nos acercamos a un agujero negro, la gravedad no hace más que aumentar de manera exponencial porque no existe ninguna superficie que nos frene.
Aclarado esto, es más fácil explicar qué ocurre cuando dos agujeros negros se encuentran.
Si dos agujeros negros están muy cerca, su atracción gravitatoria hará que empiecen a orbitar alrededor del centro de masas del sistema, acercándose cada vez más entre ellos y girando mucho más deprisa cada vez (recordemos que la fuerza gravitatoria crece de forma exponencial a medida que se reduce la distancia). Como resultado, cuando los dos agujeros colisionan, se libera una cantidad inmensa de energía.
Al colisionar, los dos agujeros negros se fusionan y forman un agujero aún más grande pero, curiosamente, la masa del agujero negro resultante es algo menor que la suma de las dos masas iniciales. Esto se debe a 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.
Pero, bueno, 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, estos agujeros negros tienen una masa muchísimo mayor que los agujeros negros corrientes. Mientras el mayor agujero negro conocido que se ha formado tras el colapso de una estrella tiene una masa equivalente a unas 33 veces la del sol, un agujero negro súpermasivo 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 representa 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. Hablaba con más detalle sobre estos objetos en esta otra entrada.
En cualquier caso, cuando dos galaxias colisionan, los agujeros negros que habitan en sus centros pueden llegar a fusionarse, creando creando barbaridades aún mayores. Como podéis ver, hasta ahí no hay ninguna sorpresa.
La colisión entre dos galaxias que eventualmente terminará en la fusión de sus agujeros negros centrales.
Pero, curiosamente, las simulaciones informáticas sugieren que el choque entre dos agujeros negros súper-masivos no tiene por qué resultar siempre en la fusión de los dos cuerpos originales. Esto se debe a que 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, esta velocidad de rotación inimaginable puede provocar que uno de los agujeros negros súpermasivos que colisionan salga despedido hacia el espacio al chocar, igual que ocurre algunas veces cuando dos peonzas entran en contacto… Aunque, 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).
22 comentarios
Muy genial la entrada de hoy, me encanta esta página, y más los temas de astronomía, enserio gracias por tan grandioso trabajo 😀
Gran e interesantísimo artículo pero donde dices «La fuerza gravitatoria aumenta con el cuadrado de la distancia» quizá se podría sustituir ‘aumenta’ por ‘disminuye’.
Gracias, se me había colado 😉
Soy un lector asiduo de la página, nunca comento pero tengo que decir que este sitio es alucinante y lo disfruto ampliamente. Muchas gracias
muy buena información, es de las mejores paginas que conozco y creo que ya dejaron de publicar en el área de química, no la dejen atrás por favor 🙂
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.
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?
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.
Lo explica en la misma publicación, a partir de acá:
«Al contrario que los agujeros negros convencionales, los supermasivos no se forman directamente con la explosión de una estrella de un tamaño inconcebible.»
Es decir, ¿se supone que de un agujero negro no escapa energía pero de la colisión de dos agujeros negros sí? ¿Y eso cómo se come?
Estimado Nixcalo, a tu pregunta de hace tres años y medio, respuesta tardía, pero como el tiempo no pasa para todos igual, ahí va una respuesta, por si la lees: teóricamente, cuando dos agujeros negros se aproximan para fusionarse, lo harán con un ‘baile’ de espirales mutuas que producirá deformaciones en el tejido espacio-tiempo muy profundas, dando lugar a ondas gravitacionales, que como intuirás, se necesita una gigantesca cantidad de energia. Por el principio de conservación de energía no cabe otra que una perdida de masa nada despreciable del nuevo agujero resultante para compensar la que se va en forma de onda gravitacional. Espero haberte ayudado en tu inquietud. Saludos y enhorabuena por este blog.
[…] ¿Qué pasa cuando dos agujeros negros chocan? […]
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.
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.
que buena página, saludos
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».
Desde mi ignorancia, siempre me ha parecido valida esta teoría, estaría bien saber mas acerca de esta.
Aprovecho para felicitar a Jordi por el blog, es magnifico.
Un saludo
Muy linda entrada
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.
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.
«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.
¿Cuánto se sabe de los agujeros negros ? o mejor de las estrellas muy, muy , muy masivas ; la luz no sale de ellas, pero otra radiación como los rayos X si que salen, siendo otra radiación, solo de más frecuencia … ¿ No será que las ondas de calor, se hayan amplificado a rayos X , directamente , por los campos magnéticos perpendiculares a la superficie de la estrella y que la luz no se produzca en ella, solo rayos X ? … La corona del Sol está más caliente que las partes más bajas, los científicos se preguntan ¿por qué ? La razón está en que las ondas del calor interior de este son amplificadas a ondas de luz por los campos magnéticos , salen directamente de la corona , no del interior del Sol, lo que detectamos desde aquí es una radiación más enérgica…¿ puede ser esta la razón por el que la luz no salga de las grandes masas, al ser el campo magnético muy intenso , que la amplificación sea a rayos X , directamente ?… ¿ Cuanto se sabe de los agujeros negros o estrellas masivas?. Se cree que los campo magnéticos solo dependen de núcleos de hierro , pero este viene de todos los átomos de tales estrellas, de todos los átomos de cada uno de los cuerpos del espacio, Venus también lo tiene y es por el y por ir rotando el planeta al rebes, por el que se va parando y tiene su atmosfera y alta presión , por este campo magnético en rotación , contraria a la de todos los demás, ATRAE ; todos los demás y al rotar directamente ( esto es con el polo N arriba su sentido de giro es antihorario ) tienen una expulsión , que se verifica en el alejamiento de nuestra Luna, el alejamiento de todos los planetas del Sol y entre si y es la causa de la expansión del universo…Esta explicación es para la duda de que las estrellas que forman los agujeros negros vayan cayendo los unos sobre los otros, habiendo una repulsión en ellos tan grande por su rotación , tan alta, que equilibran toda una galaxia, si solo existiese la gravedad estas estructuras no podrían ser ; hay una gran estabilidad que pone en duda todo lo que se sabe de los agujeros negros… Lo que me ha sorprendido es el enorme sol de esta galaxia de unos 17x 10^9 soles