31 de marzo de 2012

Como mucha masa se transforma en un hoyo

Como mucha masa se transforma en un hoyo

Aun que cuesta, es posible imaginarse aproximadamente, como una estrella,  al final de su desarrollo se convierte en una enana blanca e incluso en una estrella de neutrones., esto lo hemos visto en otros capítulos. De seguro no es una tarea fácil hacerse un “cuadro”  de uno de estos objetos con esta colosal densidad. ¿Usted se puede imaginar una cucharita de té de materia que pesa miles de millones de toneladas?  

Mucho más difícil es imaginarse lo que sucede, lo que sucede con el colapso de una estrella de muchas masas solares. Nuestro Sol con una masa de 2 x 10ˆ30 [kg], un real peso liviano, aún cuando

            2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 Tonneladas

es una tamaños impresionante. Nuestro Sol con un diámetro de 1,5 millones de kilómetros, es sólo una enana éntrenlas estrellas, y debido a esto nunca colapsará a un hoyo negro. Pare esto es necesario una mayor cantidad de materia, digamos una estrella con unas 40 veces la masa solar (No es posible determinar un límite  exacto que decide si una estrella se convierte en un hoyo negro o en una estrella de neutrones). De hecho las estrellas pueden alcanzar una masa 100 veces mayor a la del Sol  y tener un diámetro de más de 1 mil millones de kilómetros.

¡Ahora usted se puede imaginar, cómo una esfera de gas tan enorme se precipita sobre si misma  y que al final tenga una diámetro de cero!

  ¿Cómo una estrella se puede transformar en un hoyo negro? En el centro de una estrella (posteriormente envoltorios alrededor del núcleo) elementos químicos, por procesos de la fusión nuclear, son fusionados  a elementos mayores, con lo cual se libera energía (radiación).Esta presión de radiación y ante todo la presión del estiradamente caliente gas, opone a la gravitación, dirigida hacia adentro, una fuerza equivalente. Mientras se pueden desarrollar las fusiones, existe en la estrella un equilibrio hidrostático. Hidrostático debido  que los gases, que en la estrella se encuentran bajo una tremenda presión, se comportan como un líquido. En algún momento todo el combustible se consumió y ya no se libera energía. Esto es el caso, cuando el centro se compone de una gigantesca bola de Hierro (bajos estas condiciones el Hierro se encuentra en estado gaseoso), el Hierro no puede ser fusionado a elementos más altos. El interior de la bola incandescente se enfría y con esto disminuye la contra presión. La consecuencia de esto es que la estrella colapsa bajo si propio peso.  

Si la estrella tiene un peso  equivalente hasta ,4 masas solares, las fusiones se detienen, cuando en el centro,  el Hidrógeno se haya transformado en Carbono y Oxígeno. La estrella se contrae por su peso. La temperatura en el centro aumenta, pero no alcanza para generar una nueva fusión, al alcanzar un tamaño equivalente al de la Tierra, los electrones se degeneran, la así nueva creada presión estabiliza a la ahora formada enana blanca.

Entre aprox. 1,4 y 2 veces la masa solar, el resto del pesado núcleo estelar, que se fusionaron hacia el Hierro, lleva a l crisis energética de la estrella hacia cuerpos aun más compactos. L gravitación se hace sobre poderosa y comprime tanto a l materia que incluso los electrones junto a los protones se funden para formar neutrones. La estrella se compone casi exclusivamente de neutrones. Con un diámetro de unos 20 [km] la densidad es tan increíblemente grande, de manera que los neutrones se degeneran logrando detener a la gravitación. La ahora formada estrella de neutrones, de repente se convierte incompresible y es tan densa, que un centímetro cúbico de materia llega a posar 1 mil millones de toneladas. El resto del envoltorio de la estrella  se precipita a una velocidad de 40 000 [km/s] sobre la bola ultra dura y es rebotada en forma de una onda de choque. Explota una supernova liberando gigantescas cantidades de energía.

Su verdadero triunfo lo celebra la gravitación, cuando la esfera de Hierro, en el centro de la estrella, tiene una masa entre 2 a 3 veces la masa solar y se hallan  terminado las fusiones. En la naturaleza ya no existe ninguna fuerza que actúen contra la gravitación. En fracciones de segundos el centro se precipita sobre sí mismo. Ya no  hay detención, al alcanzar el tamaño de la Tierra como en el caso de una enana blanca, el colapso de la estrella no se detiene, tampoco al alcanzar las dimensiones de una estrella de neutrones. El derrumbe sigue hasta que toda la materia haya desaparecido en un punto infinitamente pequeño, la llamada singularidad



Nos encontramos a una distancia segura de una estrella que justamente está sufriendo un colapso gravitacional hacia un hoyo negro. Si en primer término  aún tenemos la enrome esfera frente a nuestros ojos, vemos la rápida contracción – la estrella se derrumba sobre sí misma. ¡Sin embargo algo está mal aquí! El diámetro no se reduce a cero, como lo dijimos arriba. Aparentemente la contracción se detiene a un determinado diámetro, y el resto del disco sólo se oscurece más y más y luego desparece totalmente. ¿Dónde está el error?

 Primeramente hay que decir, que hasta hoy no sabemos, lo que realmente sucede durante el colapso gravitacional de una estrella muy masiva. Es posible que el envoltorio de una estrella sea aventado en una explosión de supernova. Entonces al video de arriba no es correcto, sólo veríamos un rayo de luz extremadamente  brillante.
Cuando se forma un hoyo negro, entonces hay que saber, que estos objetos no tienen una superficie sólida. Las masas de gas que se precipitan no rebotarían como en el caso de una estrella de neutrones, sino simplemente fluirían dentro del hoyo en formación y desaparecer a nuestra vista. En este caso el video estaría mostrando (en forma muy simplificada) los hechos reales.

Pero aún  no queda claro, porque no podemos, que la estrella realmente sigue contrayéndose hasta un punto infinitamente pequeño.
Aquí hay que hacerse presente, que al aumentar la contracción de la estrella, la densidad de la masa crece cada vez más. Junto a esto también se incrementa la fuerza de atracción en la superficie de la estrella, de manera que las partículas de la luz, los fotones, deben hacer un enorme esfuerzo para escaparse de la gravitación. Esto significa que la luz se corre hacia el rojo. La luz visible, a medida que aumenta la gravitación, es desplazada hacia el rojo pobre en energía, después se vuelve infrarroja hasta las microondas, ondas radiales, etc. La estrella se hace cada vez más invisible para nosotros y porque la luz pierde su energía, se hace cada vez más oscura.

Imagínese ahora una cantidad de masa, por ejemplo, 40 veces la masa del Sol, el resto de una esfera  de gas de más de 1 mil millones [km] de extensión (estrellas masivas, durante su vida, expulsan mucha materia hacia el espacio) reducida a una bola de 120 [km] de diámetro. La fuerza gravitacional en la “superficie” de esta esfera es ahora tan grande, que los fotones ya no pueden escapar. Dicho de otra manera, el corrimiento hacia el rojo se hace infinito, la velocidad de fuga corresponde ahora a la velocidad de la luz. En el momento exacto al alcanzar el radio crítico, la estrella se apaga, no podemos ver si continúa comprimiéndose y si realmente aún existe. Aparentemente la contracción se “congela” al alcanzar este límite, razón por la cual los astrónomos, anteriormente llamaban a estas estrellas “estrellas congeladas”.
La estrella colapsada no sólo se nos retrae a nuestra vista en la luz visible. Sin embargo  todo tipo de informaciones pueden ser transmitidas en el espacio libre de materia, como existe entre las estrellas,  sólo por ondas electromagnéticas. La unidad energética más pequeña de cada onda es el fotón, de manera que ni ondas radiales, calóricas, de rayos X o radiaciones gamma o cualquier otra pueden abandonar a la estrella que implosionó. Por lo tanto, en el real sentido de la palabra, se congeló: Su expansión se solidificó, todas las informaciones de su interior se “congelan”, ya ni si quiera saldrá calor de las súper caliente estrella. El científico norteamericano John Wheeler, en 1969, acertadamente llamó a las estrellas congeladas con el nombre de Hoyo Negro. Todo lo que se encuentra o sucede dentro del límite crítico, permanece encerrado en él por siempre. Nada puede salir, por esto oos hoyos negro también son realmente negros

Última revisión 1 de julio de 2008

Traducido al castellano por A. Gundelach, Stgo. Chile, Abril2012. Con la gentil autorización de Werner Kasper, Mittelweg 1, D- 35117 Münchhausen, Abenteuer-Universum (Aventura Universo)


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