UNIVERSO: Agujeros Negros

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Autor del Blog: Jorge Mier Hoffman en Machupicchu

El Enigma De Los Agujeros Negros Documentales

¿Qué es un agujero negro?

Para entender lo que es un agujero negro empecemos por una estrella como el Sol. El Sol tiene un diámetro de 1.390.000 kilómetros y una masa 330.000 veces superior a la de la Tierra. Teniendo en cuenta esa masa y la distancia de la superficie al centro se demuestra que cualquier objeto colocado sobre la superficie del Sol estaría sometido a una atracción gravitatoria 28 veces superior a la gravedad terrestre en la superficie.

Una estrella corriente conserva su tamaño normal gracias al equilibrio entre una altísima temperatura central, que tiende a expandir la sustancia estelar, y la gigantesca atracción gravitatoria, que tiende a contraerla y estrujarla.

Si en un momento dado la temperatura interna desciende, la gravitación se hará dueña de la situación. La estrella comienza a contraerse y a lo largo de ese proceso la estructura atómica del interior se desintegra. En lugar de átomos habrá ahora electrones, protones y neutrones sueltos. La estrella sigue contrayéndose hasta el momento en que la repulsión mutua de los electrones contrarresta cualquier contracción ulterior.

La estrella es ahora una «enana blanca». Si una estrella como el Sol sufriera este colapso que conduce al estado de enana blanca, toda su masa quedaría reducida a una esfera de unos 16.000 kilómetros de diámetro, y su gravedad superficial (con la misma masa pero a una distancia mucho menor del centro) sería 210.000 veces superior a la de la Tierra.

En determinadas condiciones la atracción gravitatoria se hace demasiado fuerte para ser contrarrestada por la repulsión electrónica. La estrella se contrae de nuevo, obligando a los electrones y protones a combinarse para formar neutrones y forzando también a estos últimos a apelotonarse en estrecho contacto. La estructura neutrónica contrarresta entonces cualquier ulterior contracción y lo que tenemos es una «estrella de neutrones», que podría albergar toda la masa de nuestro sol en una esfera de sólo 16 kilómetros de diámetro. La gravedad superficial sería 210.000.000.000 veces superior a la que tenemos en la Tierra.

En ciertas condiciones, la gravitación puede superar incluso la resistencia de la estructura neutrónica. En ese caso ya no hay nada que pueda oponerse al colapso. La estrella puede contraerse hasta un volumen cero y la gravedad superficial aumentar hacia el infinito.

Según la teoría de la relatividad, la luz emitida por una estrella pierde algo de su energía al avanzar contra el campo gravitatorio de la estrella. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es la pérdida de energía, lo cual ha sido comprobado experimentalmente en el espacio y en el laboratorio.

La luz se pierde en un agujero negro

La luz emitida por una estrella ordinaria como el Sol pierde muy poca energía. La emitida por una enana blanca, algo más; y la emitida por una estrella de neutrones aún más. A lo largo del proceso de colapso de la estrella de neutrones llega un momento en que la luz que emana de la superficie pierde toda su energía y no puede escapar.

Un objeto sometido a una compresión mayor que la de las estrellas de neutrones tendría un campo gravitatorio tan intenso, que cualquier cosa que se aproximara a él quedaría atrapada y no podría volver a salir. Es como si el objeto atrapado hubiera caído en un agujero infinitamente hondo y no cesase nunca de caer. Y como ni siquiera la luz puede escapar, el objeto comprimido será negro. Literalmente, un «agujero negro».

Hoy día los astrónomos están encontrando pruebas de la existencia de agujeros negros en distintos lugares del universo.

¿Qué hay en el centro de un agujero negro?

Producidos por la implosión de estrellas masivas, los agujeros negros son pozos en el tejido del espacio-tiempo tan profundos que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos.

En el centro de un agujero negro hay lo que los físicos llaman “singularidad”, o un punto donde cantidades extraordinariamente grandes de material se compactan en una cantidad infinitamente pequeña de espacio.

“Desde un punto de vista teórico, la singularidad es algo que se vuelve infinitamente grande”, dijo la física Sabine Hossenfelder del Instituto Nórdico de Física Teórica.

Técnicamente, ese “algo” es la curvatura del espacio, o la gravedad extrema que los científicos han observado en la presencia de enormes masas como las de grandes planetas y estrellas.

Similar a como una lámina de goma estirada se hunde alrededor de una bola de bolos, los objetos masivos pueden causar que el espacio-tiempo se curve alrededor de ellos. Y mientras más masivo sea el objeto, más pronunciada será la curvatura. Teorizado por primera vez por Einstein, no existe un efecto más extremo que el de un agujero negro, cuyo centro representa una curva de curvatura infinita. Como un agujero sin fondo en una lámina de goma, la fuerza se vuelve infinitamente mayor cuanto más se adentre en el interior del agujero.

Alrededor de la singularidad, las partículas y materiales son comprimidos. Cuando la materia colapsa en un agujero negro, su densidad se vuelve infinita porque debe caber dentro de un punto que, según las ecuaciones, es tan pequeño que no tiene dimensión.

Algunos científicos han discutido si las ecuaciones teóricas que describen los agujeros negros son correctas, es decir, si realmente existen.

Nadie puede estar seguro de que su singularidad no describe una realidad física, dijo Hossfelder a Life’s Little Mysteries. Sin embargo, la mayor parte de los físicos diría que la singularidad, teorizada por las ecuaciones, en realidad no existe. Si la singularidad fuese “realmente real”, significaría que “la densidad de la energía fuese infinitamente alta en un punto”, exactamente el centro del agujero negro, dijo.

No obstante, nadie puede estar seguro, debido a que no existe una teoría cuántica de gravedad completa y los interiores de los agujeros negros son imposibles de observar.

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En Chile detectan mayor emisión de energía desde un agujero negro

Un grupo de científicos, de la agencia europea del espacio ESO, descubrió desde Chile un cuásar con la emisión de la explosión de agujero negro más energética detectada hasta el momento, al menos cinco veces más potente que las observadas antes.

Los cuásares son intensos centros luminosos de galaxias distantes que son alimentados por enormes agujeros negros. Este nuevo estudio ha observado, con mucho detalle, uno de estos objetos a través del telescopio VLT de ESO en el Observatorio Paranal, al norte de Chile. “Hemos descubierto la eyección de cuásar más energética conocida hasta el momento. La velocidad a la que es expulsada esta energía por la enorme masa de material eyectado desde SDSS J1106+1939 es, al menos, equivalente a dos millones de millones de veces la potencia que emana del Sol”, expresó el investigador en jefe Nahum Arav.

Esto significa “cien veces más potente que la producción energética total de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Es una eyección verdaderamente monstruosa. Es la primera vez que la eyección de un cuásar ha sido medida con el objetivo de obtener la clase de muy altas energías que predicen las teorías”, añadió.

Numerosas simulaciones teóricas sugieren que el impacto de estas eyecciones en las galaxias del entorno puede resolver varios enigmas de la cosmología moderna, incluyendo cómo la masa de una galaxia está asociada a la masa de su agujero negro central, y por qué hay tan pocas galaxias grandes en el universo.

No obstante, hasta ahora no se sabía con certeza si los cuásares eran capaces de producir chorros lo suficientemente potentes como para producir estos fenómenos.

Las nuevas eyecciones descubiertas se hallan a unos mil años luz de distancia del agujero negro supermasivo que se ubica en el corazón del cuásar SDSS J1106+1939.

Estos chorros son, al menos, cinco veces más poderosos que los récords previos registrados.

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Cómo se crea un agujero negro

Hallan la estrella más cercana al agujero negro en el centro de la Vía Láctea

Hallan la estrella más cercana a un Agujero Negro en la Vía Láctea

Tarda solo 11,5 años en completar su órbita alrededor de Sagitario A y puede ayudar a conocer cómo opera la gravedad en entornos extremos

En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, se encuentra un gigantesco agujero negro cuya masa es cuatro millones de veces la del Sol. Allí, en el reino de este coloso, llamado Sagitario A, existen numerosas estrellas. Tantas que los astrónomos calculan que por lo menos una se precipita en el pozo cósmico cada 100.000 años. Ahora, un equipo internacional de investigadores en el que participa el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto la estrella más próxima al agujero. Está tan cerca que tarda solo 11,5 años en completar su órbita alrededor del mismo.

La nueva estrella, denominada S0-102, ha arrebatado el récord de cercanía a la única que se conocía en ese particular vecindario, la S0-2, que tarda en completar una órbita 16,2 años. «Gracias a este nuevo hallazgo, no solo conocemos dos estrellas con órbitas muy próximas a Sagitario A, sino que además podremos comprobar la teoría de la Relatividad General bajo condiciones de gravedad extremas», asegura Rainer Schödel, investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC) y que ha participado en el estudio que publica la revista«Science». Miles de estrellas orbitan el agujero negro y la mayoría tienen órbitas de 60 años o más.

La detección de la estrella ha sido posible gracias a un archivo de imágenes de alta resolución obtenidas por el observatorio W. M. Keck en el volcán Mauna Kea en Hawai a lo largo de los últimos 17 años y a un nuevo método de análisis de imagen desarrollado por Schödel que permite detectar estrellas que antes resultaban demasiado débiles y pasaban inadvertidas.

La Relatividad General sugiere que la geometría del espacio-tiempo no es rígida, sino que se «curva» ante la presencia de materia. Esta curvatura es la causante de los efectos gravitatorios que rigen el movimiento de los cuerpos, tanto el de los planetas alrededor del Sol como el de los cúmulos de galaxias. Los astrónomos consideran que los agujeros negros supermasivos constituyen un entorno idóneo para verificar este efecto.

Atracción gravitatoria

Los agujeros negros tienen una densidad tan alta que nada puede escapar de su atracción gravitatoria, ni siquiera la luz. No pueden ser vistos directamente, pero su influencia en las estrellas cercanas supone su firma. Las estrellas S0-2 y S0-102 dibujan órbitas elípticas alrededor de Sagitario A, de modo que cada cierto tiempo se hallan excepcionalmente próximas al agujero negro (S0-2, que es 15 veces más brillante que S0-102, pasará a través de su aproximación más cercana al agujero negro en 2018). Entonces, su movimiento se ve afectado por la intensa curvatura del espacio-tiempo producida por Sagitario A, lo que causa, entre otros efectos, que su órbita no termine por cerrarse, sino que trace una elipse abierta.

Medir con precisión los efectos de la gravedad con una sola estrella no era posible, pero este nuevo tango entre dos ayudará a conocerlos. «Hoy en día, Einstein está en cada iPhone, ya que el sistema GPS no funcionaría sin su teoría -explica Leo Meyer, autor principal del estudio-; lo que queremos saber es, ¿su teléfono también funcionaría tan cerca de un agujero negro? La estrella recién descubierta nos pone en condiciones de responder a esta pregunta en el futuro».

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