Galería de imágenes del agujero negro Concepto artístico de la vecindad cercana del agujero negro en el núcleo de la galaxia NGC 4261. Vea más imágenes de agujeros negros. Foto cortesía de NASA / Space Telescope Science Institute (J. Gitlin, artista) Es posible que hayas escuchado a alguien decir "¡Mi escritorio se ha convertido en un agujero negro!" Es posible que haya visto un programa de astronomía en la televisión o leído un artículo de una revista sobre los agujeros negros. Estos objetos exóticos han capturado nuestra imaginación desde que fueron predichos por Einstein Teoría de la relatividad general en 1915.
¿Qué son los agujeros negros? ¿Realmente existen? ¿Cómo podemos encontrarlos? En este articulo, ¡Examinaremos los agujeros negros y responderemos a todas estas preguntas!
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Concepto artístico de un agujero negro:las flechas muestran las trayectorias de los objetos dentro y alrededor de la abertura del agujero negro. Foto cortesía de la NASA. A calabozo es lo que queda cuando muere una estrella masiva.
Si ha leído Cómo funcionan las estrellas, entonces sabes que una estrella es enorme increíble reactor de fusión . Debido a que las estrellas son tan masivas y están hechas de gas, hay un campo gravitacional intenso que siempre intenta colapsar la estrella. Las reacciones de fusión que ocurren en el núcleo son como una bomba de fusión gigante que intenta hacer explotar la estrella. los equilibrio entre las fuerzas gravitacionales y las fuerzas explosivas es lo que define el tamaño de la estrella.
Mientras la estrella muere las reacciones de fusión nuclear se detienen porque el combustible de estas reacciones se quema. Al mismo tiempo, La gravedad de la estrella empuja el material hacia adentro y comprime el núcleo. A medida que el núcleo se comprime, se calienta y eventualmente crea una explosión de supernova en la que el material y la radiación estallan en el espacio. Lo que queda es lo altamente comprimido, y extremadamente masivo, centro. La gravedad del núcleo es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar.
Este objeto ahora es un agujero negro y literalmente desaparece de la vista. Debido a que la gravedad del núcleo es tan fuerte, el núcleo se hunde a través del tejido del espacio-tiempo, creando un agujero en el espacio-tiempo - por eso el objeto se llama un calabozo .
El núcleo se convierte en la parte central del agujero negro llamado singularidad . La apertura del agujero se llama horizonte de eventos .
Puede pensar en el horizonte de sucesos como la boca del agujero negro. Una vez que algo pasa por el horizonte de eventos, se ha ido para siempre. Una vez dentro del horizonte de eventos, todos los "eventos" (puntos en el espacio-tiempo) se detienen, y nada (ni siquiera la luz) puede escapar. El radio del horizonte de eventos se llama Radio de Schwarzschild , nombrado en honor al astrónomo Karl Schwarzschild, cuyo trabajo condujo a la teoría de los agujeros negros.
HistoriaEl concepto de un objeto del que la luz no puede escapar (p. Ej., agujero negro) fue propuesto originalmente por Pierre Simon Laplace en 1795. Usando la Teoría de la Gravedad de Newton, Laplace calculó que si un objeto se comprimía en un radio lo suficientemente pequeño, entonces la velocidad de escape de ese objeto sería más rápida que la velocidad de la luz.
Concepto artístico de un agujero negro y sus alrededores:el círculo ennegrecido es el horizonte de sucesos y la región en forma de huevo es la ergosfera. Foto cortesía de la NASA. Hay dos tipos de agujeros negros:
los Schwarzschild el agujero negro es el agujero negro más simple, en el que el núcleo no gira. Este tipo de agujero negro solo tiene una singularidad y un horizonte de eventos.
los Kerr calabozo, que es probablemente la forma más común en la naturaleza, gira porque la estrella a partir de la cual se formó estaba girando. Cuando la estrella giratoria colapsa, el núcleo sigue girando, y esto se trasladó al agujero negro ( conservación del momento angular ). El agujero negro de Kerr tiene las siguientes partes:
Si un objeto pasa al ergosfera todavía puede ser expulsado del agujero negro obteniendo energía de la rotación del agujero.
Sin embargo, si un objeto cruza el horizonte de eventos , será succionado por el agujero negro y nunca escapará. Se desconoce lo que sucede dentro del agujero negro; incluso nuestras teorías físicas actuales no se aplican en la vecindad de una singularidad.
Aunque no podamos ver un agujero negro, tiene tres propiedades que pueden o podrían medirse:
A partir de ahora solo podemos medir la masa del agujero negro de manera confiable mediante el movimiento de otros objetos a su alrededor. Si un agujero negro tiene un compañero (otra estrella o disco de material), es posible medir el radio de rotación o la velocidad de la órbita del material alrededor del agujero negro invisible. La masa del agujero negro se puede calcular utilizando la Tercera Ley del Movimiento Planetario Modificado de Kepler o el movimiento de rotación.
Imagen del Telescopio Espacial Hubble del núcleo de la galaxia NGC 4261 Foto cortesía de NASA / Space Telescope Science Institute Crédito:L. Ferrarese (Universidad Johns Hopkins) y NASA Aunque no podemos ver los agujeros negros, podemos detectar o adivinar la presencia de uno midiendo sus efectos sobre los objetos que lo rodean. Se pueden utilizar los siguientes efectos:
Muchos agujeros negros tienen objetos a su alrededor, y al observar el comportamiento de los objetos, puede detectar la presencia de un agujero negro. Luego, utiliza medidas del movimiento de objetos alrededor de un presunto agujero negro para calcular la masa del agujero negro.
Lo que busca es una estrella o un disco de gas que se comporta como si hubiera una gran masa cerca. Por ejemplo, si una estrella visible o un disco de gas tiene un movimiento de "bamboleo" o un giro Y no hay una razón visible para este movimiento Y la razón invisible tiene un efecto que parece ser causado por un objeto con una masa mayor de tres masas solares ( demasiado grande para ser una estrella de neutrones), entonces es posible que un agujero negro esté provocando el movimiento. Luego, estima la masa del agujero negro observando el efecto que tiene en el objeto visible.
Por ejemplo, en el núcleo de la galaxia NGC 4261, hay un marrón disco en forma de espiral que está girando. El disco tiene aproximadamente el tamaño de nuestro sistema solar, pero pesa 1.200 millones de veces más que el sol. Una masa tan grande para un disco podría indicar que hay un agujero negro dentro del disco.
La Teoría General de la Relatividad de Einstein predijo que la gravedad podría doblar el espacio . Esto se confirmó más tarde durante un eclipse solar cuando se midió la posición de una estrella antes, durante y después del eclipse. La posición de la estrella cambió porque la luz de la estrella fue doblada por la gravedad del sol. Por lo tanto, un objeto con inmensa gravedad (como una galaxia o un agujero negro) entre la Tierra y un objeto distante podría desviar la luz del objeto distante hacia un foco, al igual que una lente puede. Este efecto se puede ver en la imagen de abajo.
Estas imágenes muestran el brillo de MACHO-96-BL5 de los telescopios terrestres (izquierda) y el telescopio espacial Hubble (derecha). Foto cortesía de NASA / Space Telescope Science Institute Crédito:NASA y Dave Bennett (Universidad de Notre Dame) En la imagen, el brillo de MACHO-96-BL5 ocurrió cuando un lente gravitacional pasó entre él y la Tierra. Cuando el telescopio espacial Hubble miró el objeto, vio dos imágenes del objeto muy juntas, que indica un efecto de lente gravitacional. El objeto intermedio no se vio. Por lo tanto, se concluyó que un agujero negro había pasado entre la Tierra y el objeto.
Cuando el material cae en un agujero negro de una estrella compañera, se calienta a millones de grados Kelvin y se acelera. Los materiales sobrecalentados emiten rayos X, que puede ser detectado por telescopios de rayos X como el Observatorio de rayos X Chandra en órbita.
La estrella Cygnus X-1 es una potente fuente de rayos X y se considera un buen candidato para un agujero negro. Como se muestra arriba, vientos estelares de la estrella compañera, HDE 226868, soplar material sobre el disco de acreción que rodea el agujero negro. A medida que este material cae en el agujero negro, emite rayos X, como se ve en esta imagen:
Imagen de rayos X de Cygnus X-1 tomada desde el Observatorio de rayos X Chandra en órbita Foto cortesía de NASA / CXC Además de las radiografías, Los agujeros negros también pueden expulsar materiales a altas velocidades para formar chorros . Se han observado muchas galaxias con tales chorros. En la actualidad, se cree que estas galaxias tienen agujeros negros supermasivos (miles de millones de masas solares) en sus centros que producen los chorros, así como fuertes emisiones de radio. Un ejemplo es la galaxia M87 como se muestra a continuación:
Es importante recordar que los agujeros negros no son aspiradoras cósmicas, no consumirán todo. Entonces, aunque no podemos ver los agujeros negros, hay evidencia indirecta de que existen. Se han asociado con viajes en el tiempo y agujeros de gusano y siguen siendo objetos fascinantes en el universo.
Publicado originalmente:26 de noviembre de 2006
