Estructura de un Agujero Negro

Aunque hay agujeros negros de muchos tamaños y masas, sus estructuras son todas iguales. Toda la masa de un agujero negro está concentrada en un punto casi infinitamente pequeño y denso llamado una singularidad. Este punto está rodeado de un horizonte de eventos: la distancia de la singularidad a la cual su velocidad de escape excede la velocidad de la luz. Y un agujero negro en rotación está rodeado por la ergosfera, una región en la que el agujero negro arrastra al propio espacio.

La singularidad se forma cuando la materia se comprime tanto que ninguna otra fuerza natural puede equilibrarla. En una estrella “normal,” como el Sol, el jalón hacia dentro de la gravedad está compensado por la presión hacia fuera de las reacciones nucleares en su núcleo. En las estrellas colapsadas conocidas como enanas blancas o estrellas de neutrones, otras fuerzas impiden el colapso final. Sin embargo, si hay demasiada masa en un volumen determinado, el objeto alcanza una densidad crítica en la que nada puede impedir su colapso final para formar un agujero negro.
Como la gravedad se impone a otras fuerzas naturales, una singularidad sigue sus propias y extrañas leyes físicas. El tiempo y el espacio, como los conocemos, desaparecen aniquilados, y la gravedad adquiere una fuerza infinita.

A medida que aumenta la distancia de la singularidad, disminuye la velocidad de escape. La velocidad de escape es la velocidad a la que un objeto tiene que moverse para escapar. Para la Tierra, la velocidad de escape es de unas siete millas (11 km) por segundo. En otras palabras, un vehículo espacial debe ir a, por lo menos, esa velocidad para escapar del jalón gravitacional del planeta y viajar a otro planeta.
A cierta distancia de la singularidad, la velocidad de escape desciende a la velocidad de la luz (unas 186,000 millas/300,000 km por segundo). Esta distancia se conoce como el radio de Schwarzschild, en honor de Karl Schwarzschild, el primero en definirla. Este radio depende de la masa del agujero negro. Para un agujero negro tan masivo como el Sol, el radio es de unas dos millas (3km). Por cada masa solar extra, el radio aumenta dos millas.

Este radio envuelve la singularidad en una zona de negrura –en otras palabras, hace que un agujero negro sea negro. Le da al agujero negro una superficie visible, que se llama horizonte de eventos. Pero no es una superficie sólida. Se trata sólo del “punto de no regreso” para todo lo que se acerca al agujero negro. Cuando un objeto desde una nave espacial a una partícula de luz atraviesa este horizonte, no puede salir. Queda atrapado dentro del agujero negro.

Todo lo que entra en el agujero negro aumenta la masa de éste. Y, al aumentar la masa, el tamaño del horizonte de eventos también aumenta. Así que si se le da de comer, ¡el agujero negro engorda!
Si el agujero negro no rota, entonces su influencia gravitacional en su entorno es directa. Pero si el agujero negro gira, sus efectos gravitacionales son más complicados. Arrastra consigo el tejido del espacio-tiempo un efecto llamado arrastre de marco. Esta área se conoce como ergosfera. Visto como corte transversal, tiene forma ovalada, y la región de influencia se extiende más lejos en el espacio en el ecuador del agujero negro que en sus polos.