LOS AGUJEROS NEGROS (© Ángel Torregrosa Lillo) [angelto.geoARROBAyahoo.com]

COMO SE FORMA UN AGUJERO NEGRO

Supongamos una estrella como el sol que va agotando su combustible nuclear convirtiendo su hidrógeno a helio y este a carbono, oxígeno y finalmente hierro llegando un momento en que el calor producido por las reacciones nucleares es poco para producir una dilatación del sol y compensar así a la fuerza de la gravedad. Entonces el sol se colapsa aumentando su densidad, siendo frenado ese colapso únicamente por la repulsión entre las capas electrónicas de los átomos. Pero si la masa del sol es lo suficientemente elevada se vencerá esta repulsión (al sobrepasar el límite de Chandrasekar) pudiéndose llegar a fusionarse los protones y electrones de todos los átomos, formando neutrones y reduciéndose el volumen de la estrella no quedando ningún espacio entre los núcleos de los átomos. El sol se convertiría en una esfera de neutrones y por lo tanto tendría una densidad elevadísima. Sería lo que se denomina "estrella de neutrones".

Naturalmente las estrellas de neutrones no se forman tan fácilmente, ya que al colapsarse la estrella la energía gravitatoria se convierte en calor rápidamente provocando una gran explosión. Se formaría una nova o una supernova expulsando en la explosión gran parte de su material, con lo que la presión gravitatoria disminuiría y el colapso podría detenerse. Así se podría llegar a formar objetos de menos densidad que las estrellas de neutrones llamados “enanas blancas” en las que la distancia entre los núcleos atómicos a disminuido de modo que los electrones circulan libres por todo el material (es la llamada materia degenerada), y es la velocidad de movimiento de estos lo que impide un colapso mayor. Por lo tanto la densidad es muy elevada pero sin llegar a la de la estrella de neutrones. Estos electrones degenerados se repelen pero no por repulsión electromagnética sino por porque al presionarlos se intenta que ocupen el mismo orbital más electrones de los que caben. Es la presión de Fermi de los electrones degenerados que actúa cuando las ondas asociadas a los electrones comienzan a solaparse. Pero Chandrasekhar descubrió que si la masa de la enana blanca fuera superior a 1,44 masas solares, entonces debido al límite máximo de velocidad de los electrones (la velocidad de la luz) esta presión de Fermi no sería suficiente y la estrella colapsaría a una estrella de neutrones.

Se ha calculado que por encima de 2.5 soles de masa, una estrella de neutrones se colapsaría más aún fusionándose sus neutrones. Esto es posible debido igualmente a que el principio de exclusión de Pauli por el cual se repelen los neutrones tiene un límite cuando la velocidad de vibración de los neutrones alcanza la velocidad de la luz.

Se trata del límite TOV, de Tolman-Oppenheimer-Volkof, el cual no está claro cual es debido a que aún no se conocen con exactitud las ecuaciones de estado de la materia extremadamente densa y se estima entre 2 y 3 masas solares y puede aumentar hasta en un 20% si la estrella de neutrones está rotando a gran velocidad.

Debido a que no habría ninguna fuerza conocida que detuviera el colapso, este continuaría hasta convertir la estrella en un punto creándose un agujero negro. Este volumen puntual implicaría una densidad infinita, por lo que fue rechazado en un principio por la comunidad científica, pero S. Hawking demostró que esta singularidad era compatible con la teoría de la relatividad general de Einstein.

Una vez superada la presión cuántica de neutrones degenerados, estos podrían fusionarse hasta un punto, pero también puede existir una presión de quarks degenerados y un nuevo límite aún no calculado.

VIDEO DE ENANA BLANCA EXPLOTANDO EN SUPERNOVA IA (simulación por ordenador):