Una enana blanca, al contraerse, o el residuo que queda después de la explosión de una nova o una supernova se puede convertir en estrella de neutrones, una esfera con una densidad muy alta, que gira rápidamente sobre sí misma e irradia ondas electromagnéticas. El paso a estrella de neutrones siempre es un proceso brusco, no gradual.
La masa de una estrella de neutrones es de una a tres veces la masa del Sol pero con un radio de solo unos diez kilómetros (una tercera parte de Bogotá) lo que implica que su densidad debe ser del orden de unos cien millones de toneladas por centímetro cúbico (una cucharada pequeña de una estrella de neutrones pesaría el equivalente al monte Everest) y una temperatura de unos cien mil millones de grados.
En 1967, Jocelyn Bell, una estudiante posgraduada de la Universidad de Cambridge, observó que en el registro gráfico del centelleo interplanetario de radiofuentes aparecían unas débiles señales separadas por intervalos regulares de 1.3 segundos. Durante algún tiempo se especuló que estos pulsos podrían ser señales procedentes de otras civilizaciones. Pero no contenían ningún mensaje o código por lo cual se desechó esta posibilidad. Del análisis cuidadoso de aquellas observaciones se estableció que tales emisiones provenían de un objeto astronómico de naturaleza hasta entonces desconocida al cual se denominó pulsar (contracción de pulsating
radio source: radiofuente pulsante).
Para explicar la naturaleza de los pulsares se barajaron varias hipótesis. La extraordinaria regularidad de los impulsos indicaba que deberían ser ocasionados por un objeto en rotación y la brevedad de sus impulsos insinuaba que se trataba de un objeto pequeño y masivo. Los objetos que más se acomodaban a estas características eran las estrellas de neutrones. Estas se comportan como faros que, en cada vuelta, emiten un haz de radiación. Si un observador en la Tierra enfoca una antena de radio hacia el punto donde se encuentra el astro, recibirá una señal cada vez que la estrella da una vuelta sobre sí misma. Entre más antiguo el pulsar más lenta su rotación.
Si la masa de una estrella de neutrones sigue creciendo por absorción de materia de una fuente externa, se llega a un punto en que la sopa de neutrones del interior ya no es capaz de soportar el peso del astro. La estrella empieza, entonces, a hundirse sobre sí misma hasta convertirse en un agujero negro, cuya fuerza de gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de allí; de ahí su nombre. Por lo tanto, solo se puede detectar por la energía que liberan,
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en forma de radiación visible, ultravioleta o rayos X, una estrella compañera –si es que hay alguna- o el disco de acreción (acumulación de gas y polvo que gira en forma de disco) al ir cayendo en forma espiral, hacia el agujero negro, por efecto de la fuerte atracción gravitatoria que este ejerce sobre la materia que está cerca o que le rodea.
Cuando un agujero negro está aislado no ofrece ninguna indicación visible de su presencia. Pero la materia que llega a sus proximidades cae en espiral hacia el agujero negro, se calienta enormemente y emite poderosas radiaciones que se pueden detectar en la Tierra, antes de desaparecer para siempre. En los centros de las galaxias activas o alrededor de los mismos se presentan potentes radioemisiones y otros fenómenos extraños que se atribuyen a las partículas extraordinariamente calientes que giran en torno al agujero negro. Es como si la región cercana al centro de la galaxia alojara una masa de tres a cuatro millones de soles; mucho más de lo que cabría esperar de sólo las estrellas, lo cual hace pensar a los científicos que todas las galaxias tengan agujeros negros en sus centros. A lo largo de millones de años, el agujero negro aumentará paulatinamente su masa y podría llegar a vaciar de materia a la región cercana, con lo cual cesaría toda actividad. Así, en el centro de nuestra galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo que los astrónomos han llamado Sagitarius A y alrededor de éste, desde hace miles de millones de años, se ha acumulado un enjambre de agujeros negros más pequeños que, eventualmente, caerán en Sagitarius A.
Si una estrella pasara demasiado cerca de un agujero negro, la diferente atracción gravitatoria entre las partes de la estrella más cercanas y más alejadas al agujero, lo desgarrarían. Al destrozarse la estrella se libera gas caliente que produce alguna radiación y se puede detectar. ¿Por qué la luz no puede escapar de un agujero negro?.
Si sobre la superficie de la Tierra lanzamos hacia el espacio un cohete con una velocidad menor de 11.2 kilómetros por segundo (velocidad de escape), el cohete subirá perdiendo velocidad, atraído por la gravedad de la Tierra, hasta que finalmente se detiene, se devuelve y cae sobre la superficie del planeta. Por el contrario, si la velocidad es superior a la velocidad de escape, el cohete se alejará de la Tierra, liberándose de su atracción. Entre mayor sea la fuerza de gravedad en la superficie de un astro, mayor será su velocidad de escape.
Si un astro tiene una velocidad de escape superior a la velocidad de la luz -300.000 kilómetros por segundo- que, según la teoría de la relatividad de Einstein es la mayor velocidad a la que algo se puede mover, es claro que ni la luz misma podrá escapar de ese astro, hacia el espacio exterior. Se habrá convertido en un agujero negro.
A finales de la década de 1970 se lanzó al espacio el Observatorio Einstein con el cual se pudo detectar una serie de objetos denominados cuasi-estelares o cuásares que emitían rayos X con gran intensidad. Los cuásares son los objetos observables más distantes y nos indican cómo era el Universo hace miles de millones de años; se alejan de la Tierra a enormes velocidades; en algunos casos a más del noventa por ciento de la velocidad de la luz. Se encuentran mucho más allá de las galaxias más remotas conocidas. Al observar los cuásares los astrónomos viajan por la historia cósmica remontándose hasta la era en que el Universo tenía un tamaño menor que una quinta parte del actual. Ellos piensan que estos cuásares remotos brillaban cuando el Universo tenía solo mil millones de años de edad. Y el brillo tan extraordinario se debe a la energía producida cuando las estrellas y las nubes de polvo caían hacia un agujero negro situado en su centro. Esos cuásares devoraban, a una enorme velocidad el material que les caía. En contraste, los agujeros negros supermasivos más recientes son devoradores más moderados. Los científicos todavía no determinan qué mecanismo es el responsable de este comportamiento. Una posibilidad es que los agujeros negros más recientes tienen menos gas que consumir.