¿Dónde está el agujero negro más cercano?

Si lo ves, ya sería demasiado tarde. Crédito: NASA

Los agujeros negros son los peores enemigos que podríamos tener y es necesario que estén muy lejos.

Estamos hablando de regiones del espacio donde la materia se comprime tan densamente que la única manera de escapar viajar más rápido que la velocidad de la luz. Y como sabemos, no se puede ir más rápido que la velocidad de la luz. 

Así que ... no hay escapatoria.

Estar demasiado cerca del agujero negro te comprimirías tal vez en un punto infinitamente pequeño.

Pero puedes estar razonablemente lejos de un agujero negro también, y aún así estar en peligro. Un agujero negro se extiende a través de años luz con su gravedad. Y si uno de ellos pasara demasiado cerca de nuestro sistema solar, se generaría un caos en todos nuestros planetas.

Los planetas y el Sol, incluso serían devorados, o aplastados juntos, o incluso expulsados ​​del Sistema Solar por completo.

Los agujeros negros son imposibles de matar. Cualquier cosa que intentes hacer contra ellos sólo les hace más grandes, más fuertes y más enojados. Tu única esperanza es esperar a que a lo largo de los eones se vayan desintegrando.

Tiene sentido hacer un seguimiento de todos los agujeros negros que existen, por si acaso necesitamos un día hacer las maletas y largarnos de nuestro Sistema Solar.

Esta impresión artística muestra el entorno del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia activa NGC 3783. Crédito: ESO / M. Kornmesser

¿Dónde están los agujeros negros más cercanos?

Hay dos tipos de agujeros negros ahí afuera: los agujeros negros supermasivos en el centro de todas las galaxias y los agujeros negros de masa estelar que se forman cuando estrellas masivas mueren en una supernova.

Los supermasivos son relativamente sencillos. Hay uno en el centro de casi todas las galaxias en el Universo. Uno en el centro de la Vía Láctea, situado a unos 27.000 años luz de distancia. Uno de Andrómeda 2.5 millones de años luz de distancia, y así sucesivamente.

No hay problema, los supermasivos están muy lejos, no son ninguna amenaza para nosotros.

Las masas estelares si que podrían ser problema.

Ilustración artística de Cygnus X-1, un agujero negro de masa estelar en un sistema binario. Crédito: NASA / CXC / M.Weiss

Aquí está el problema. Los agujeros negros no emiten ningún tipo de radiación, son completamente invisibles, así que no hay manera fácil de verlos en el cielo. Lo único para detectar si hay un agujero negro es si estuvieras lo suficientemente cerca  como para ver que la luz de las estrellas de fondo está siendo distorsionada. Y si estás lo suficientemente cerca como para ver eso, ya estás muerto.

El agujero negro más cercano que conocemos es V616 Monocerotis, también conocido como V616 Mon. Está situado a unos 3.000 años luz de distancia, y tiene entre 9-13 veces la masa del Sol. Sabemos que está ahí porque está situado en un sistema binario con una estrella con aproximadamente la mitad de la masa del Sol. Sólo un agujero negro podría hacer que su compañera binaria gire tan rápidamente. Los astrónomos no pueden ver el agujero negro, sólo saben que está ahí por la gravedad que hace danzar a la estrella.

El siguiente agujero negro más próximo es el clásico Cygnus X-1, que está a unos 6.000 años luz de distancia. Tiene cerca de 15 veces la masa del Sol, y una vez más, se encuentra en un sistema binario.

El tercer agujero negro más cercano, está también en un sistema binario.

¿Ves el problema ? La realidad es que una fracción de los agujeros negros están en sistemas binarios, pero esa es nuestra única manera de detectarlos.

Lo más probable es que haya agujeros negros mucho más cerca de lo que los astrónomos han sido capaces de descubrir.

Todo esto suena aterrador, estoy seguro, y ahora probablemente tienes un ojo puesto en el cielo, en busca de la distorsión de la luz indicadora de que un agujero negro que se acerca. Sin embargo, estos eventos son increíblemente raros.

El sistema solar tiene más de 4,5 mil millones de años, con todos los planetas dando vueltas y vueltas sin interrupción. Incluso si un agujero negro pasó por el Sistema Solar a una distancia de unas pocas decenas de años luz, habría perturbado las órbitas de manera significativa, y la vida probablemente no estaría aquí.

No nos hemos encontrado con un agujero negro en miles de millones de años, y probablemente no lo encontremos en miles de millones o billones de años más.

Por desgracia, la respuesta a esta pregunta es ... que no lo sabemos. Simplemente no sabemos si los agujeros negros más cercanos están a unos pocos años luz de distancia, o en realidad el más cercano es V616 Mon. Probablemente nunca lo sabremos.

Llegan a la Tierra rayos Gamma de una galaxia lejana

El concepto de este artista muestra un blazar - el núcleo de una galaxia activa alimentada por un agujero negro supermasivo. El telescopio VERITAS ha detectado rayos gamma de un blazar conocido como PKS 1,441 + 25. Los investigadores encontraron que la fuente de los rayos gamma fue dentro del chorro relativista pero sorprendentemente lejos de agujero negro de la galaxia. La región que emisora está al menos un año luz de distancia, y lo más probable es que sea de 5 años luz de distancia. Crédito: M. Weiss / CfA





En abril de 2015, después de viajar por la mitad del universo conocido, un torrente de rayos gamma de gran alcance de una galaxia lejana alcanzó la atmósfera de la Tierra. Ese torrente genera una cascada de luz - una lluvia que cayó sobre los espejos del Sistema de de Imagen del Telescopio (VERITAS) en Arizona. Los datos resultantes han dado a los astrónomos una mirada única y precisa en esa lejana galaxia y el funcionamiento del agujero negro en su centro.

Los rayos gamma son fotones de luz con energías muy altas. Estos rayos gamma provenían de una galaxia conocida como PKS 1,441 + 25, que es un tipo raro de galaxia conocida como blazar. En su centro alberga un agujero negro supermasivo rodeado por un disco de gas caliente y polvo.

Como el material del disco se arremolina hacia el agujero negro, algo de él consigue canalizarse en chorros iguales que la explosión hacia el exterior como el agua de una manguera de bomberos sólo que mucho más rápido - cerca de la velocidad de la luz.

Uno de estos chorros se dirige casi en nuestra dirección, lo que nos da una vista directa del núcleo de la galaxia.

"Estamos mirando por el cañón de este chorro relativista", explica Wystan Benbow del Centro Harvard-Smithsoniano para Astrofísica (CfA). "Es por eso que somos capaces de ver los rayos gamma."

Una de las incógnitas de la física de blazar es la ubicación exacta de la emisión de rayos gamma. Utilizando datos de VERITAS, así como el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma, los investigadores encontraron que la fuente de los rayos gamma fue dentro del chorro relativista pero sorprendentemente lejos del agujero negro de la galaxia. La región que emite es de al menos un año luz de distancia, y lo más probable es de 5 años luz de distancia.

Por otra parte, la región de emisión de rayos gamma era más grande de lo que normalmente se ve en una galaxia activa, que mide alrededor de un tercio de un año luz de diámetro.

"Existen montones de chorros de rayos gamma. Es posible que dos de esos chorros puedan haber chocado y eso es lo que generó la explosión de energía", dice el co-autor Matteo Cerruti del CfA.

La medición de rayos gamma de alta energía no fue una sorpresa. Porque tienden a ser absorbidos o bien en la fuente o en su largo viaje a la Tierra. Cuando explosionó en la galaxia, debe haber generado un enorme torrente de rayos gamma.

El hallazgo también ofrece información sobre un fenómeno conocido como luz de fondo extragaláctica o EBL, una neblina tenue de luz que impregna el universo. La EBL viene de todas las estrellas y las galaxias que hayan existido alguna vez, y en cierto sentido se puede rastrear la historia del universo.


La EBL también actúa como una niebla de rayos gamma de alta energía, absorbiéndolos a medida que viajan a través del espacio. Esta nueva medida establece un límite indirecto sobre la forma abundante que puedes ser la EBL, y que habría absorbido la llamarada de rayos gamma. Los resultados complementan las mediciones anteriores en base a observaciones directas.

Con la misión LISA Pathfinder podremos estudiar mejor los agujeros negros

Impresión artística de LISA Pathfinder. Crédito: ESA, CC BY-ND



Ha pasado un siglo desde que Einstein presentó su teoría de la relatividad general, pero todavía nos puede ayudar a desvelar algunos de los misterios más profundos del universo. Ahora la misión LISA Pathfinder preparará el camino para que estudiemos los acontecimientos más violentos que nunca hemos visto antes - como la creación de agujeros negros masivos.


La sonda probará una tecnología necesaria para poner en marcha otra misión, Elisa, en 2034, que tendrá como objetivo detectar las ondas en el espacio conocido como ondas gravitacionales. Curiosamente, el proyecto también puede ayudar a probar algunos de los aspectos más extremos de la teoría de Einstein de la relatividad general.



Perseguir olas gravitacionales


La relatividad general indica que la gravedad es sólo una manifestación del hecho de que la masa hace que el espacio alrededor se curve y es la curvatura del espacio que dicta el camino a seguir por cualquier otro objeto, o de hecho por la luz. Cuando la Tierra gira alrededor del Sol, es la enorme masa del sol que distorsiona el espacio a su alrededor, dejando que la Tierra que es mucho menos masiva gire a su alrededor en un espacio curvo: el efecto es la órbita que estamos familiarizados.

Einstein demostró que si algo le sucede a la distribución de la masa que está causando que una región del espacio se curve, son los cambios en la curvatura que se propagan a una velocidad finita - que ahora sabemos que es la velocidad de la luz. Estas ondas que se propagan en la curvatura del espacio son lo que llamamos ondas gravitacionales.

Impresión del autor de la fusión de AGUJEROS negros. Crédito: NASA / Wikimedia




La gravedad es la fuerza que orquesta el universo, pero hasta ahora sólo hemos podido observar algunos de sus efectos más superficiales. Sin embargo, la capacidad de detectar directamente y estudiar las ondas gravitacionales abriría una nueva ventana en el universo.

Observaciones de ondas gravitacionales permitirá ver los detalles más profundos de la creación de enormes agujeros negros; agujeros negros supermasivos en espiral juntos fusionándose como galaxias y colisionando; y las estrellas de neutrones y agujeros negros orbitando en varios emparejamientos hasta que, inevitablemente, en espiral hacia el interior se fusionan.

El ver directamente tales eventos nunca sería posible con el uso de telescopios normales que miden la radiación electromagnética. Esto es porque la materia excitada normalmente rodearía tales eventos oscureciendo nuestro punto de vista electromagnético. Además, los agujeros negros, que nunca hemos observado directamente, no emiten prácticamente ninguna radiación electromagnética. Pero Einstein predijo que emiten ondas gravitacionales si se están acelerando - como lo harían en un sistema en órbita - por lo que un detector de ondas gravitacionales lo podía "ver" por primera vez.



Gran desafío - mayores rendimientos



El efecto de una onda gravitacional es bastante simple: una ola debe estirar el espacio en una dirección y reducirla en la dirección que está en ángulo recto. Detectores de ondas gravitacionales conocidas como los interferómetros láser, que ya existen en la Tierra, por lo tanto, funcionan mediante el fraccionamiento de un rayo láser en dos direcciones perpendiculares y se envían por tubos de largos de vacío. Los dos caminos son entonces reflejados por espejos, hasta el punto de haber comenzado, donde se coloca un detector. Si las olas son perturbadas por las ondas gravitacionales en su camino, los haces recombinados mostrarían cambios en su brillo general.

Pero tenemos que ir al espacio para capturar las señales de ondas gravitacionales más ricas y numerosas. Elisa será el primer observatorio espacial de ondas gravitacionales transmitidas.

Elisa se compondrá de tres satélites en una disposición triangular con brazos de algunos millones de kilómetros. Se realizarán mediciones de la longitud del brazo de precisión entre "masas de prueba" en cada nave espacial - espejos que reflejarán los rayos láser de medición y viajarán a lo largo de los brazos más largos.


Elisa es una misión compleja. Pero el tesoro científico sería enorme.