Agujero Negro

Captura de un Agujero Negro y la luz desviada
de las estrellas de un cúmulo cercano tomado 
desde SpaceEngine.

Un Agujero Negro de masa estelar es una "Estrella Compacta", de una masa mayor o igual a 2.5 veces la masa del sol  (en la mayoría de los casos), que ocupa un diámetro significativamente menor al diámetro de la tierra.
Es un objeto muy denso (Mucha masa ocupando un volumen muy pequeño), esto hace que tenga un campo gravitatorio extremadamente fuerte, de modo que todo lo que se acerca lo suficiente a este queda atrapado por su campo y es absorbido.

Los agujeros negros tienen un color muy oscuro, pero no son completamente negros, esto se debe a la emisión de radiación de Hawking. Lo que los separa del resto del universo es su "Horizonte de sucesos", este es el límite por el cual un objeto puede escapar de su campo gravitacional, más allá del horizonte de sucesos ni siquiera los fotones de luz pueden escapar, es por eso que tienen un color oscuro.

Tipos de Agujeros negros:
Los agujeros negros se pueden clasificar bajo diferentes criterios, estos son:
Según su masa:
Dependiendo de la masa existen tres tipos de agujeros negros:

1. Agujeros negros supermasivos: Son objetos astronómicos de la masa de millones de masas solares, tienen una masa y diámetro mucho mayor a los agujeros negros estelares y están en el centro de la mayoría de las galaxias, en el caso de la Vía Láctea, hay un agujero negro en el centro denominado Sagitario A*.
2. Agujeros negros de masa estelar: Son agujeros negros que forman parte del ciclo de vida de las estrellas de una masa de 30 a 70 masas solares, (Después de la supernova una estrella grande pierde parte de su masa y la restante se comprime formando este tipo de estrella compacta).
3. Micro Agujeros negros: Son objetos supositorios de poca masa, pero muy densos.  

Esta imagen muestra de manera resumida, el ciclo de vida de una estrella,
las más masivas de estas forman Agujeros Negros de masa estelar. 

Según sus propiedades físicas:
Los agujeros negros son cuerpos celestes esféricos, estos se pueden clasificar a partir de tres magnitudes físicas, estas son: la masa (M), la carga eléctrica (Q) y el momento angular (J).
Para clasificar los agujeros negros se tiene en cuenta si estos presentan o no estas propiedades físicas.
Todo agujero negro tiene masa, sin embargo no todos tiene una carga eléctrica, o presentan movimiento de rotación, a partir de estos se puede decir que los agujeros negros se pueden agrupar en cuatro grupos diferentes.

1. Agujeros negros de Schwarzschild: Son aquellos que solamente tienen masa (Carecen de carga y momento angular o rotación). - M.
2.  Agujeros negros de Reissner-Nordström: Son aquellos que tienen masa y momento angular (Pero no tienen carga eléctrica). - M y J.
3. Agujeros negros de Kerr: Son aquellos que tienen masa y carga eléctrica (Pero no presentan momento angular). - M y Q.
4. Agujeros negros de Kerr-Newman: Son aquellos que tienen las tres propiedades (Masa, Carga, y momento angular). - M, Q y J.

Origen de los agujeros negros:

Los agujeros negros según su tipo tienen diferentes orígenes:

Captura de Sagitario A* el agujero negro del centro
de nuestra galaxia, imagen tomada del simulador 
espacial SpaceEngine.

Los más grandes se ubican en el centro de la mayoría de las galaxias, y nacieron durante el proceso de formación de estas, gracias a ellos las estrellas, cúmulos, nebulosas, planetas y gases cósmicos se encuentran ligados entre si, formando la estructura que se conoce con el nombre de galaxia.

Los agujeros negros supermasivos, absorben la masa de las estrellas más cercanas que giran alrededor de estos y la mayoría tiene un disco de acreción, que consiste en gases que lo orbitan a velocidades cercanas a la luz, estos gases se calientan y liberan radiación en Rayos X cuando caen en el agujero negro.

Los agujeros negros de masa menor, son el resultado de la supernova producida por una estrella masiva en sus últimas etapas de su ciclo de vida, esto hace que la masa restante de la estrella se vuelva inestable y se colapse por su propio peso, haciendo que esta reduzca su tamaño, como la presión de los gases de la estrella no es suficiente entonces esta estrella se sigue comprimiendo,  a una escala menor el espacio entre cada átomo se reduce y el principio de exclusión de Pauili no puede contrarrestar los efectos de la enorme gravedad presente, en cada átomo los electrones (e-) se acercan cada vez más al núcleo, hasta que se unen con los protones (p+), formando Neutrones (n) y Neutrinos electrónicos (Ve). 

Gif animado de agujero negro, grabado desde SpaceEngine, (girando al rededor de un
agujero negro) Las estrellas  distantes que se ven como puntos que se mueven al rededor del 
agujero negro  en realidad están en otra posición, pero el campo gravitacional del agujero negro
desvía la trayectoria de la luz emitida por estas estrellas, también se ve gas y polvo en los 
bordes del  agujero negro, que corresponde a la Vía Láctea (En la derecha de la imagen), la 
trayectoria de la luz  emitida por la galaxia también es desviada a causa de la  lente 
gravitatoria formada por el agujero negro.

Durante este proceso la estrella compacta es una estrella de neutrones, pero como su masa es muy grande, aún sigue siendo inestable y se sigue comprimiendo hasta formar lo que conocemos como agujero negro, uno de los objetos más densos del universo; con un campo gravitacional muy fuerte, que deforma considerablemente el Espacio-Tiempo, de modo que este forma una lente gravitacional, (la luz de las estrellas distantes que se propaga de manera rectilínea se desvía al pasar por el campo gravitatorio del agujero negro, de esta forma las estrellas y demás objetos brillantes que se encuentran detrás del agujero negro se pueden ver a un lado en una posición diferente a la real.

GIF del Agujero Negro Cygnus X-1 A (Y su disco de acrecíón), tomado desde el simulador espaciacial
SpaceEngine. Este agujero Negro fue detectado por las fuertes emisiones de Rayos X, producidas
por la materia de su disco de acreción al caer en el agujero Negro. Cygnus X-1 A orbita a la estrella
supergigante azul HDE 226868, formando un Sistema Binario.

Enana Blanca (Estrella)

Una Enana Blanca es una "estrella compacta", una estrella del volumen aproximado de un planeta y de una masa de una estrella, como es un objeto con mucha masa concentrada en un volumen muy pequeño (Muy denso), tiene un campo gravitatorio significativamente fuerte.

Captura de la estrella Sirio B (Enana Blanca),tomada desde 
el simuladorespacial SpaceEngine.

Las Enanas Blancas, son unas de las estrellas más abundantes, forman parte del ciclo de vida de una estrella de masa menor a 10 masas solares. Consisten en estrellas que han fusionado todos sus átomos de hidrógeno en su ciclo de vida, ya no pueden realizar más fusiones termonucleares que les permita liberar energía en forma de luz y calor, entonces se enfrían y la presión que ejercen los gases no es suficiente para mantener toda la masa de la estrella y esta se empieza a colapsar por su propio peso, la materia de la estrella se comprime de modo que esta llega a alcanzar tamaños similares al de la tierra, pero con la masa de una estrella.

La repulsión entre los electrones que conforman la estrella es la que hace que esta finalmente mantenga su volumen y no se siga comprimiendo debido a su peso, hasta formar una Estrella de Neutrones o un Agujero negro (Que también son estrellas compactas, pero con densidad mayor, debido a que proceden de estrellas con masas superiores a 10 masas solares).

Esta imagen muestra de manera resumida, el ciclo de vida de una estrella,
la Enana Blanca proviene de las "Estrellas promedio".

Las estrellas más masivas forman otros tipos de estrellas compactas.

¿El Sol puede llegar a ser una Enana Blanca?

El Sol es una estrella de Espectro G2 V (Enana Amarilla), en la etapa de secuencia principal, producto del colapso de una nebulosa estelar, su masa es suficiente para que esta no solo fusione núcleos de hidrógeno sino que también cuando se acaben las reservas de hidrógeno pueda fusionar núcleos de helio, durante este proceso la estrella pasa al ciclo de Gigante Roja y su diámetro aumente unas 260 veces comparado con el diámetro actual. Cuando el sol haya fusionado todas sus reservas de helio, la temperatura no será suficiente para seguir teniendo reacciones nucleares y esta empezará a colapsarse hasta formar una Enana Blanca.

Se estima que en más de 6 mil millones de años nuestra estrella será una Enana Blanca, las posibilidades de que aún exista vida en la Tierra cuando el Sol sea una Enana Blanca son mínimas, porque en la fase de Gigante Roja, el planeta no soportará el calor transmitido por la estrella y las constantes eyecciones de masa acabarán con toda forma de vida conocida en el planeta; por otra parte las Enanas Blancas aunque son calientes en su superficie, no transmiten el calor suficiente a los objetos distantes como los planetas, La Tierra (Si aún existiera) dejaría de ser muy caliente y pasaría a ser muy fría. 

Sistema Binario de Sirio, capturado por el Telescopio
espacial Hubble.

¿Cual es la Enana Blanca más cercana?

La estrella Enana Blanca más próxima se llama Sirio B y Pertenece al Sistema Binario de Sirio a 8.44 Años Luz de la Tierra.

Sirio es un Sistema binario conformado por una estrella Blanca de Secuencia Principal "Sirio A" (Una estrella más grande y caliente que el sol) y la Enana Blanca "Sirio B".

Sirio A tiene una masa dos veces mayor a la del sol y Sirio B tiene una masa de 1.4 veces la masa solar, a pesar de tener menos masa, debido a su tamaño compacto tiene un mayor campo gravitatorio (de 3.1897 por 10 a la 5 g, mientras que el de Sirio A es de 16.02 g).

En la imagen la estrella de secuencia principal es la más luminosa y la Enana Blanca es la que se ve en la parte inferior izquierda, ambas estrellas forman un sistema binario, es decir, como tienen masa similar y están muy cerca, ambas experimentan fuerzas de atracción que hacen que giren formando órbitas elípticas en torno al centro de masa del sistema.

El movimiento de las estrellas del Sistema de Sirio, con sus órbitas grabado desde SpaceEngine se ve así:

Las órbitas de Plutón y Caronte (Sistema binario)

Imagen de Plutón tomada por la Sonda espacal New
Horizon y coloreada (Imagen original a blanco y negro).

Plutón: Es un planeta enano, descubierto en 1930 por el astrónomo estadounidense Clyde William Tombaugh es un cuerpo celeste transneptuniano, es decir, está más allá de la órbita de Neptuno y es el objeto más grande del Cinturón de Kuiper.

Completa una vuelta al rededor del Sol en 248 años de los cuales durante 20 se encuentra más cerca al sol que Neptuno, esto se debe a la gran excentricidad de su órbita.

Plutón tiene 5 satélites, estos son Caronte, Nix, Hidra, Cerbero y Estigia. El más grande de estos satélites es Caronte, debido a su masa, similar a la del Planta Enano, Plutón y Caronte Forman un sistema Binario.

Sistema Binario:
En astronomía un Sistema Binario es cuando ambos cuerpos celestes, (Tanto el planeta como el satélite), giran en torno a un baricentro, al tener masas similares y estar tan próximos ambos planetas experimentan una fuerza de atracción que hace que giren alrededor del centro de masa del sistema.

En el caso de nuestro Planeta, se forma un sistema Planeta-Satélite, La tierra tiene una masa significativamente mayor respecto a la luna, lo que causa que esta, aparentemente no gire alrededor de un punto en el espacio, sino que la rotación se de sobre su propio eje.

La Gravedad de Caronte arrastra a Plutón haciendo que este no solo tenga una órbita alrededor del sol (Como los demás planetas), sino que también forme una órbita en la cual gira sobre su propio Eje, mientras realiza un movimiento de trayectoria elíptica.

¿Qué pasaría con Plutón si Caronte nunca hubiera existido?

Según la teoría de la Gravitación Universal de Newton, la fuerza de atracción entre dos cuerpos celestes se da por la existencia de masa, en estos cuerpos, Plutón experimenta una Fuerza de atracción hacia Caronte debido a que este tiene masa y Caronte experimenta una fuerza de atracción de igual magnitud, pero en el sentido contrario (Hacia Plutón), ambos se atraen con la misma fuerza, pero como el que tiene más masa es Plutón, entonces es el que menos evidencia los efectos de la existencia de esta Fuerza, Como pasa con la Tierra y la Luna, aunque ambos se atraigan con la misma fuerza, es la Luna la que gira al rededor de la tierra y no sucede lo contrario, porque la Tierra tiene más masa que la luna.

Si Caronte nunca hubiera existido, Las cosas para Plutón serian diferentes, ya no formaría un sistema binario, su proceso de rotación seria igual que el de los otros planetas (Sobre su propio eje) y su periodo de rotación seria mayor, (tardaría más de los 6.38 días terrestres que actualmente emplea para dar una vuelta sobre su propio eje). Igualmente si la Luna nunca hubiera existido, los días en la tierra serían mucho más largos.

¿Cómo se vería Caronte desde la Superficie de Plutón?
Hasta la fecha, ningún ser humano a pisado la superficie de Plutón, pero si estuviéramos en este planeta y miráramos hacia Caronte, no observaríamos un cambio de posición respecto a la superficie del planeta, esto se debe a que el periodo de rotación de Plutón es de 6.38 días y Caronte completa una vuelta en su órbita al rededor del planeta en el mismo periodo de tiempo, por tanto, si estuviéramos parados en la superficie del planeta, observaríamos que Caronte aparentemente, no presentaría un cambio de posición.

Esto visto desde el simulador espacial SpaceEngine es así...