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Un agujero negro supermasivo

 

Un agujero negro supermasivo

Con el descubrimiento de las galaxias activas y los quásares, se ponía un reto a los astrofísicos. Les era necesario, para comprender los diferentes tipos de galaxias activas, imaginar una fuente de energía capaz de abastecer la potencia de un millar de galaxias, estando localizadas en un espacio apenas más grande que el sistema solar.

Los agujeros negros supermasivos

Dos ideas se avanzaron, pero rápidamente se rechazaron: las colisiones entre galaxias, que no habrían producido suficiente energía, y las explosiones en cadena de supernovas, que habrían debido producirse en cantidades inimaginables.

Finalmente, fue el Británico Donald Lynden-Bell quien propuso en 1968 la idea a la base de la explicación moderna. Según él, la fuente de energía de las galaxias activas debía ser un agujero negro supermasivo, una versión gigantesca de los agujeros negros resultante de la muerte de una estrella masiva. En lugar de tener apenas algunas masas solares, los agujeros negros supermasivos contienen entre un millón y mil millones de masas solares, y tienen un tamaño que puede alcanzar muchas veces la distancia entre la Tierra y el Sol.

 

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Arriba: Representación artística de un agujero negro supermasivo absorbiendo materia de una estrella cercana. Abajo: imágenes de un supuesto agujero negro supermasivo devorando una estrella en la galaxia RXJ 1242-11. Izquierda en rayos x; Derecha en luz visible. Crédito: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/MPE/S.Komossa et al.; Optical: ESO/MPE/S.Komossa

 

El origen de los agujeros negros supermasivos

Como no existen estrellas de masa tan grande, los agujeros negros supermasivos no pueden directamente ser el fruto de un colapso estelar. De hecho, su mecanismo de formación no está todavía muy claro. Podría tratarse de una estrella masiva que se colapsa y da origen a un agujero negro que crece poco a poco alimentándose de otras estrellas, o bien de una enorme nube de gas que se derrumba directamente bajo su propia gravedad.

Cualquiera que sea el origen de los agujeros negros supermasivos, su existencia es, en cualquier caso, totalmente posible. La relatividad general es clara sobre este punto: si se logra concentrar mil millones de masas solares en una región del tamaño del sistema solar, la situación es matemáticamente semejante a la de un agujero negro de origen estelar, el espacio y el tiempo se deformarán extremadamente, e incluso la luz no podrá ya escaparse.

El guión precedente es tanto más realista, cuanto la densidad de materia requerida es baja. En efecto, el parámetro crítico para la formación de un agujero negro no es la densidad, es decir, la cantidad de materia en un volumen dado, sino más bien la compactibilidad, la relación de la masa con el tamaño del objeto. Así, un agujero negro de origen estelar necesita densidades enormes, mientras que un agujero negro supermasivo puede formarse en una región poco densa. Es suficiente, de hecho, una densidad media inferior a la del agua, lo que no es difícil de realizar reagrupando bastantes estrellas en un espacio limitado.

El disco de acreción alrededor del agujero negro

Evidentemente, por definición, la luminosidad del núcleo de una galaxia activa o de un quásar no proviene del agujero negro supermasivo mismo. La causa es la acción de este último sobre la materia circundante. En efecto, en el modelo unificado de las galaxias activas, el agujero negro está rodeado de un disco de acreción, cuyo tamaño es del orden de una centena de veces la distancia Tierra-Sol.

Fenómenos viscosos tienen como consecuencia la caída progresiva de la materia del disco en el agujero negro. En este proceso, el gas transforma su energía gravitacional en energía térmica, lo que provoca un aumento fuerte de la temperatura del disco. Por esta razón, este último va a ponerse a producir una radiación térmica continua muy poderosa, en particular en el ultravioleta y rayos X. El proceso es similar en el principio y el colapso de una nube molecular que se calienta contrayéndose.

Este modo de producir energía es mucho más eficaz que las reacciones nucleares que alimentan las estrellas, es la razón por la cual los núcleos activos pueden brillar como varias galaxias.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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