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Los agujeros negros supermasivos

Los agujeros negros supermasivos. Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

En los vídeos sobre estrellas masivas  y agujeros negros aprendimos que,   si el remanente de una estrella masiva es lo suficientemente masivo,   entonces la contracción gravitacional,  la fuerza gravitacional, será más fuerte   incluso que la presión de degeneración de  electrones, más fuerte aún que la presión   de degeneración de neutrones, incluso más  que la presión de degeneración de quarks,   y todo colapsaría en un solo punto. Estos puntos se llaman agujeros negros. Y aprendimos que hay un horizonte de  eventos alrededor de estos agujeros   negros. Y si algo se acerca o entra en  el límite de ese horizonte de eventos,   no hay manera de que pueda escapar del agujero  negro. Todo lo que puede hacer es acercarse   más y más al agujero negro. Y eso incluye  a la luz. Y por eso se llama agujero negro. Así que, aunque toda la masa esté  en el punto central, toda esta zona,   o toda la superficie del horizonte  de eventos, toda esta superficie del   horizonte de eventos -que pondré en color  morado, aunque se supone que es negra-,   no emitirá luz. Ahora, este tipo de agujeros  negros que hemos descrito, se llaman agujeros   negros estelares, debido a que se forman  a partir del colapso de estrellas masivas. Y los agujeros negros estelares más grandes  que hemos observado tienen una masa de unas   33 masas solares, más o menos. Parece muy  masivo para empezar; pero déjame ser claro:   esto tiene que ser el remanente de  la estrella. Así que una parte mucho   mayor de la masa de la estrella original  podría haberse convertido en supernovas. Ahora bien, hay otra clase de agujeros  negros, que son algo misteriosos. Se   llaman agujeros negros supermasivos. Y la  palabra "súper" no alcanza para describirlos,   porque no son solo un poco más masivos que  los agujeros negros estelares. Son mucho   más masivos. Son de alrededor de cientos de  miles a miles de millones de masas solares,   cientos de miles a miles de millones  de veces la masa de nuestro Sol. Y lo interesante, además del hecho  de que son increíblemente grandes,   es que no parece haber agujeros negros  entre estos dos tipos de agujeros negros,   o al menos no hemos observado  agujeros negros entre medio. El agujero negro estelar más  grande tiene 33 masas solares.   Y luego están estos agujeros negros  supermasivos que creemos que existen. Y creemos que existen principalmente en  los centros de las galaxias. Y suponemos   que la mayoría, sino todos, los centros de las  galaxias tienen uno de estos agujeros negros   supermasivos. Pero una pregunta interesante  es, si todos los agujeros negros se formaran   a partir del colapso de estrellas, ¿no  tendríamos que ver algo entre medio? Entonces, una teoría sobre cómo se forman estos  agujeros negros realmente masivos es que hay un   agujero negro estelar regular en un área que tiene  mucha materia que puede acumularse a su alrededor. Así que vamos a dibujarlo... este es el horizonte  de eventos a su alrededor. Y el agujero negro   estará en el centro, o más bien la masa del  agujero negro estará en el centro. Y luego,   con el tiempo, tienes más y más masa cayendo  en este agujero negro. Más y más cosas siguen   cayendo en este agujero negro. Y así es como  sigue creciendo, o al menos la masa en el centro   sigue creciendo y, por lo tanto, el horizonte  de eventos también crecerá de forma radial. Ahora bien, esta es una explicación  plausible basada en lo que sabemos   hasta ahora. Pero la razón por la  que este no cuadra tan bien es que,   si esta fuera la explicación de  los agujeros negros supermasivos,   esperaríamos ver más agujeros negros  intermedios; tal vez, con 100 masas solares,   o 1000 masas solares, o 10000 masas solares. Pero  en este momento no los estamos observando. Solo   podemos ver los agujeros negros estelares  y vemos los agujeros negros supermasivos. Entonces, otra explicación posible, - y yo me  inclino por esta teoría ya que llena esa laguna-,   es que estos agujeros negros supermasivos en  realidad se formaron poco después del Big Bang,   son agujeros negros primordiales. Se formaron  poco después de origen de nuestro universo. Ahora recuerda, ¿qué se necesita para  tener un agujero negro? Necesitas tener   una cantidad increíblemente densa de  materia o una cantidad densa de masa. Si tienes mucha masa en un volumen muy pequeño,   entonces su atracción gravitacional los  acercará más y más, y podrán superar todas   las presiones de degeneración de electrones,  y las presiones de degeneración de neutrones,   y las presiones de degeneración de quarks, para  colapsar en lo que creemos que es un solo punto. También por aquí quiero ser claro. No sabemos  si es un solo punto. Nunca hemos llegado al   centro de un agujero negro. Solo contamos con las  matemáticas y los cálculos de los agujeros negros,   que indican que todo colisiona en un solo  punto donde las matemáticas comienzan a fallar. Así que realmente no estamos seguros de  lo que sucede en ese punto central tan   pequeño. Pero no hace falta decir que será un  punto increíblemente denso, tal vez infinito,   tal vez casi infinitamente denso, en el espacio,  o una cantidad muy muy densa de materia. Y la razón por la que estoy a favor de la  teoría de este agujero negro primordial y   creo que tendría sentido es que justo después  de la formación del universo, toda la materia   del universo estaba en un espacio mucho más  denso porque el universo era más pequeño. Así que digamos que esto es justo después  del Big Bang, un tiempo después del Big Bang. Y, anteriormente cuando hablamos del fondo cósmico  mencionamos que en ese punto el universo era   relativamente uniforme. Era súper, superdenso  pero relativamente uniforme. Entonces, en un   universo como este, no hay razón por la cual algo  pueda colapsar y convertirse en agujeros negros. Porque si miras un punto por aquí, claro, hay  un montón de masa muy cerca de él, pero está   muy cerca de él en todas las direcciones.  Entonces, si fuera completamente uniforme,   la fuerza gravitacional sería la  misma en todas las direcciones. Pero un poco después del Big Bang, entonces, tal  vez debido a los ligeros efectos de fluctuación   cuántica, se vuelve ligeramente no uniforme. Así  que digamos que se vuelve ligeramente no uniforme,   pero sigue siendo increíblemente denso.  Digamos que se parece a esto, donde tienes   áreas que son más densas y ligeramente  no uniformes, pero extremadamente densas. Así que aquí, de repente, tienes el tipo de  densidades necesarias para la formación de   un agujero negro. Es decir, donde tienes  densidades más altas y es menos uniforme,   por aquí, de repente, tendrás una fuerza  interna. La atracción gravitacional de   las cosas fuera de esta área será  menor que la atracción gravitacional   hacia esas áreas. Y cuantas más cosas se  atraen hacia él, menos uniforme va a ser. Entonces, podemos imaginar que, en ese  universo primordial, poco después del Big Bang,   cuando las cosas eran muy densas y estaban  muy juntas, es posible que hayan existido   las condiciones para que se formaran  estos agujeros negros supermasivos. Había tanta masa en un volumen tan pequeño que,   además, no era lo suficientemente uniforme, por  lo que podría tener este efecto de bola de nieve,   de modo que más y más masa se acumularía  en estos agujeros negros supermasivos que   tienen cientos de miles a miles de  millones de veces la masa del Sol. Y esta quizás sea la parte más interesante,   esos agujeros negros se convertirían  en los centros de futuras galaxias. Así que se están formando estos agujeros negros  supermasivos, pero no todo va a parar a un agujero   negro. Solo si no tuviera mucha velocidad angular,  entonces podría entrar en el agujero negro. Pero si pasa lo suficientemente rápido, comenzará  a orbitar alrededor del agujero negro. Y entonces   podrías imaginar que así es como se formaron  las primeras galaxias o incluso nuestra galaxia. Y tal vez te estés preguntando, bueno,   ¿qué pasa con el agujero negro  en el centro de la Vía Láctea? Y, bueno, es que suponemos que hay uno. Suponemos  que hay uno porque hemos observado estrellas   que orbitan muy rápidamente alrededor de  algo en el centro de nuestra Vía Láctea. Y la única explicación plausible para  que orbiten tan rápido alrededor de algo   es que tiene que tener una densidad de un  agujero negro o algo que en algún momento   se convertirá en un agujero negro. Y cuando haces  los cálculos para el centro de nuestra galaxia,   el centro de la Vía Láctea, nuestro agujero negro   supermasivo tiene una masa de alrededor  de 4 millones de veces la masa del Sol. Así que espero que te dé bastante material  para pensar. No solo hay agujeros negros que   se originan a partir del colapso de  una estrella. O tal vez los hay y de   alguna manera se convierten en agujeros negros  supermasivos y simplemente no podemos observar   todo lo que hay en el medio. O tal vez son  una clase diferente de agujeros negros que   se forman de forma diferente: tal vez se  formaron cerca del comienzo del universo,   cuando la densidad de las cosas era un poco  uniforme y las cosas se condensaban entre sí. Y en el próximo video vamos a hablar sobre  cómo estos agujeros negros supermasivos pueden   ayudar a generar increíbles fuentes de radiación,  aunque los agujeros negros en sí no las emitan. Y esos van a ser cuásares.