¿Cuánto tarda en formarse un agujero negro?

Es muy fácil sentirse abrumado por las escalas de tiempo que se manejan en geología; como ejemplo, esta noticia sobre el lago Paratetis, más grande que el Mar Mediterráneo, que se secó hace casi 8 millones de años. En biología, tampoco parecen muy manejables las escalas de tiempo en la que evolucionan las especies, y por eso, en parte, la evolución es un proceso que fácilmente se presta a la confusión, como la que ha circulado en las últimas semanas, aun cuando hay bacterias que mutan y evolucionan en escalas de tiempo cortísimas. ¡Qué vamos a decir entonces de las escalas de tiempo que se manejan en astrofísica! ¿Cómo poder comprender y apreciar que sepamos lo que pasó 370.000 años después del Big Bang cuando el universo tiene ahora casi 14.000 millones de años o que conozcamos que la edad del sistema solar son 4.500 millones de años?

Hay, sin embargo, ciertos fenómenos en el universo, los más extremos y complicados de comprender, que ocurren muy muy rápido. Hoy nos centramos en un ejemplo concreto y fascinante: ¿Cuánto tarda en formarse un agujero negro? No hay preguntas sencillas y mucho menos respuestas simples, así que ahí van algunas ideas sobre este tema.

La mayor parte de los agujeros negros conocidos tienen un origen estelar. Son las sobras que quedan cuando una estrella masiva muere. Eso de masiva significa estrellas que son al menos 10 veces más grandes, en masa, que el Sol. Esas estrellas son raras, pero existen: un ejemplo es Rigel, que tiene una masa unas 20 veces mayor que el Sol, y es la estrella más brillante de la constelación de Orión (¡aunque su nombre es también Beta Orionis, que “implicaría” que es la segunda más brillante!), ahora a finales de julio visible poco antes del amanecer, hacia el Este (mejor esperar al invierno para observar bien Orión). Rigel está en una rodilla o pie de Orión, todo depende de cómo te imagines a un cazador con arco, pero los árabes, de donde proviene el nombre, es lo que vieron cuando la llamaron “el pie del gigante”. En el otro extremo de Orión, en el hombro, está Betelgeuse (que supuestamente vendría del árabe también y significaría “en el brazo del gigante”), una gigante roja cuya diferencia de color con Rigel es espectacular y apreciable a simple vista. Pues bien, una estrella como Rigel, que no es de las más masivas conocidas, vive “solo” unos 15 millones de años. Ya lleva unos 8 millones de años entre nosotros, así que en un tiempo parecido a lo que ha pasado desde que se secara el lago Paratetis, Rigel puede explotar como supernova y dejarnos un agujero negro.

El agujero negro que probablemente dejará Rigel para la posteridad (la evaporación de agujeros negros es otro tema, pero ya adelantamos que mejor esperar sentado hasta que desaparezca un agujero negro estelar) será unas pocas veces más masivo que el Sol. Rigel dará lugar a algo parecido al agujero negro más pequeño conocido, título que se disputan el conocido como Unicornio y el menos poético 2MASS J05215658+4359220, ambos de unas 3 masas solares metidas en una región con un diámetro poco más grande que Madrid.

La mayor parte de los agujeros negros conocidos tienen un origen estelar. Son las sobras que quedan cuando una estrella masiva muere

En el otro extremo, conocemos agujeros negros de procedencia estelar de hasta unas 15 masas solares. Su origen probablemente son estrellas del orden de 100 veces más masivas que el Sol, como es el caso de eta-Carinae. Una estrella tan masiva vive del orden de 3 millones de años… y eta-Carinae tiene unos 3 millones de años, así que en cualquier momento (lo que significa en cualquier milenio futuro), nos dejará un bonito agujero negro.

Así que los agujeros negros estelares pueden formarse en unos pocos millones de años, lo que hemos tardado en evolucionar desde el Homo habilis. Pero hoy, gracias a las ondas gravitatorias, conocemos agujeros negros de hasta 62 masas solares ¿De dónde proviene semejantes monstruos? Ese en concreto es el resultado de la fusión de dos agujeros negros de unas 30 y 35 masas solares. Los padres de la criatura puede que tengan un origen estelar, pero empiezan a ser demasiado grandes para las estrellas que estamos acostumbrados a ver. Quizás provienen de las primeras estrellas, que se formaron cuando en el universo no existía nada más que hidrógeno y helio. Esas estrellas primigenias pensamos que debieron tener masas de varios cientos de veces la del Sol, incluso mil veces más grandes, y debieron seguir una evolución extremadamente rápida. No conocemos ninguna estrella de ese tipo, son las conocidas como estrellas de Población III, mientras que nuestro Sol es Población I y las estrellas que seguramente le dieron al Sol y a la Tierra casi todos sus elementos pesados (más que el helio, nos referimos) son Población II. Las estrellas de Población III debieron vivir rápidamente como si no hubiera mañana, desapareciendo en 1 o 2 millones de años, y no tenemos claro si dejaron agujeros negros o se destruyeron incluso más violentamente que una supernova y lanzaron todo su material al medio interestelar.

¿Es ese el récord para nuestra pregunta sobre cuánto tarda en formarse un agujero negro: 1-2 millones de años? Pues quizás no. No conocemos ninguno tampoco, pero pensamos que pueden existir lo que se conoce como agujeros negros primordiales. Estos agujeros negros podrían haberse formado unos pocos segundos después del Big Bang y hoy llenar el universo y permanecer prácticamente indetectables para nuestros telescopios. Podrían ser tan pequeños como una pelota de tenis, donde concentrarían la masa de unas pocas tierras. Eso significa que podrían ser mucho más pequeños que los agujeros negros “a los que estamos acostumbrados”. Pero tampoco muy pequeños, porque los agujeros negros primordiales de menos de un billón de kilogramos (100 veces más pequeño que el cometa Halley) sí podrían haberse evaporado en el tiempo que ha pasado desde el Big Bang.

Como ven, hay agujeros negros de todos los colores, aunque no deberíamos decir eso porque por el conocido como “teorema del no pelo” o de “ausencia de pelo”, los agujeros negros solo tienen 3 propiedades, y ninguna de ellas es el color del pelo, de ahí el nombre del teorema (a los físicos les gustan las gracietas, no es solo cosa de este blog). Pero lo que está claro es que hay bestias de muy distinto tipo ahí fuera, en lo que tardamos en parpadear el universo fue capaz de crear miles de agujeros negros en lo que hoy es la Vía Láctea, y en algún momento todo lo que quedará de las estrellas serán agujeros negros y enanas negras.

Pablo G. Pérez González es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología

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