Agujeros negros

Introducción:

El universo contiene una cantidad increíble de objetos inusuales, extraños y poderosos, y algunos de los que desconciertan a los científicos son agujeros negros. Estas son áreas que tienen densidades tan extremas y una atracción gravitacional tan fuerte que atraen todo y ni siquiera la luz puede escapar.

Cuando los científicos encuentran un agujero negro, en realidad no miran el agujero negro, sino la luz que lo rodea que define sus límites.

Una vez que se pensó que era un producto de la imaginación de los escritores de ciencia ficción, el descubrimiento de los agujeros negros fue aún más lejos.

Ahora los científicos saben que casi todas las galaxias del universo tienen un agujero negro supermasivo en su núcleo que tiene una masa equivalente a millones de soles, incluida nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Se cree que los agujeros negros originales comenzaron a formarse en el universo no mucho después del Big Bang.

Debido a las leyes de la gravedad, los agujeros negros permanecen en un solo lugar. Esta es una buena noticia para nosotros y el universo, de lo contrario, veríamos agujeros negros deambulando y devorando planetas y soles. La órbita que mantiene el agujero negro está extremadamente cerca del sistema solar donde vive.

Albert Einstein había predicho la existencia de agujeros negros en su teoría de la relatividad. Indicó que cuando una estrella masiva muere, quedará un núcleo denso restante y si la masa del núcleo es más de tres veces la masa del sol, la fuerza de gravedad abrumará a todas las demás fuerzas y dará como resultado la creación de un agujero negro. .

Agujeros negros estelares

Stephen Hawking, el famoso físico teórico inglés, cosmólogo, autor y director del Centro de Cosmología Teórica de la Universidad de Cambridge, escribió algunos libros e hizo varios videos sobre el estudio de los agujeros negros. Sin embargo, con toda la investigación, los científicos continúan agregando nueva información a un tema bastante confuso.

Los astrónomos no pueden ver los agujeros negros de frente, pero deben usar instrumentos especiales que observan el comportamiento de las estrellas y el material cerca de los agujeros negros. Los agujeros negros se han dividido en tres tipos: agujeros negros estelares, agujeros negros supermasivos y agujeros negros intermedios.

Información de agujeros negros:

Los agujeros negros tienen una variedad de tamaños y tanto la masa como el tamaño son los factores determinantes en la clasificación a la que pertenecen.

Los científicos creen que el agujero negro más pequeño tiene aproximadamente el tamaño de un solo átomo y, sin embargo, tiene la masa de una enorme montaña. Estos se denominan «agujeros negros primordiales».

El tipo de agujero negro más común es el agujero negro «estelar» que es de tamaño mediano. La masa de un agujero negro estelar puede ser hasta veinte veces mayor que la masa del sol y su tamaño puede caber dentro de una esfera con un diámetro de 10 millas.

Los astrónomos creen que la Vía Láctea puede tener decenas de agujeros negros estelares.

Los agujeros negros más grandes son los definidos como «supermasivos». Estos tienen una masa que es mayor que la combinación de un millón de soles y cabrían dentro de una bola del tamaño del sistema solar.

Los científicos creen que cada gran galaxia tiene un centro con un agujero negro supermasivo. La que está en la galaxia de la Vía Láctea se llama Sagitario A y tiene una masa igual a cuatro millones de soles y podría caber dentro de una esfera con un diámetro alrededor del tamaño de nuestro sol.

Agujeros negros estelares:

Las estrellas más pequeñas que tienen alrededor de tres veces la masa del sol pueden ser pequeñas, pero cuando gastan todo su combustible pueden colapsar y convertirse en enanas blancas o estrellas de neutrones. Sin embargo, cuando una estrella más grande colapsa, continuará el proceso de compresión y se convertirá en un agujero negro estelar, y estos pueden ser mortales.

El núcleo de los agujeros negros estelares es más pequeño pero muy denso y pueden comprimir tres veces la masa del sol en el tamaño de una ciudad. La cita «pequeña pero mortal» es perfecta para los agujeros negros estelares.

Un agujero negro de masa estelar se forma cuando una estrella que tiene la masa de alrededor de 20 masas solares finalmente consume todo su combustible que le da fusión nuclear y luego colapsa por su propio peso.

El proceso de su colapso provoca una explosión de supernova que destruye todas las capas externas de la estrella. Sin embargo, si el núcleo que ahora está aplastado tiene más de tres veces la masa del sol, no hay ninguna fuerza que sepamos que lo detenga y puede continuar colapsando para convertirse en un agujero negro.

Los agujeros negros «comen» el polvo y el gas que los rodea y esto los hará crecer más. Los científicos creen que hay unos cientos de millones de agujeros negros estelares en la Vía Láctea.

Agujeros negros supermasivos:

Estos agujeros negros dominan el universo y casi todas las galaxias tienen un agujero negro supermasivo en su centro. Estos son los agujeros negros más fuertes, que van desde millones a miles de millones de veces la masa del sol, sin embargo, por lo general tienen un radio que es pequeño para la intensidad de su influencia.Los científicos creen que los agujeros negros supermasivos se crean cuando se fusionan grandes grupos de agujeros negros más pequeños. Estos pueden ser cientos o miles.

Otra teoría es que cuando las grandes nubes de gas colapsan y aumentan su masa a altas velocidades, crean un agujero negro supermasivo. Sin embargo, una tercera teoría implica el colapso de un cúmulo estelar.

Como todos los agujeros negros, consumen todo lo que les rodea y, en el caso de los agujeros negros supermasivos, su apetito es enorme, lo que les da la capacidad de comer planetas enteros.

Agujeros negros intermedios:

En el pasado, cuando los científicos intentaban estudiar los agujeros negros, creían que eran pequeños o enormes. Sin embargo, los descubrimientos más recientes muestran que existe la posibilidad de un agujero negro de tamaño mediano o intermedio (IMBH).

La teoría es que cuando las estrellas que existen en un cúmulo chocan y comienzan una reacción en cadena para crear agujeros negros intermedios.

Si varios de estos tipos de agujeros negros se forman en la misma área, podrían caer al centro de la galaxia, creando un agujero negro supermasivo.

Historia:

En 1916 , Albert Einstein creó su teoría general de la relatividad que predijo los agujeros negros.
1967, John Wheeler, un astrónomo estadounidense, creó el término «agujero negro».
1971: El descubrimiento del primer agujero negro.

Agujeros negros más conocidos:

A medida que los científicos continúen investigando los agujeros negros, categorizarán y nombrarán aquellos que parecen ser los más destacados en función de los criterios que establezcan.

Sagitario A *: Este es el agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Su ubicación está en la constelación de Sagitario y su masa ronda la de 4 millones de soles.

Cygnus X-1: este es un agujero negro de masa estelar que se encuentra a unos 6.500 años luz de distancia. Es una fuente de rayos X y un sistema binario que incluye una estrella supergigante azul. Los científicos creen que la fuente de los rayos X es la del agujero negro.

Agujeros negros supermasivos

Centaurus A: esta es una galaxia espiral gigante que se encuentra en el área de la constelación de Centaurus. Hay 55 millones de agujeros negros de masa solar en su centro, así como dos chorros de material que salen de la galaxia a una distancia de hasta un millón de años luz en el espacio a aproximadamente la mitad de la velocidad de la luz.

M87: en el centro de esta galaxia elíptica se encuentra un agujero negro que tiene una masa de 3.500 millones de soles. El agujero negro está envuelto en material sobrecalentado y tiene un chorro de material que sale del núcleo a 5.000 años luz.

Estructura:

Hay tres capas en los agujeros negros: la capa externa, el horizonte de eventos interno y la singularidad.

El horizonte de sucesos es el borde o límite cerca de la boca del agujero negro y este es el lugar donde la luz pierde cualquier capacidad de escape. El horizonte de eventos tiene una gravedad constante. Todo lo que cruce el horizonte de eventos nunca podrá irse.

La singularidad es la región interior del agujero negro y aquí es donde existe su masa. Esta es una ubicación que es el único punto en el espacio-tiempo con la concentración de masa del agujero negro.

La física clásica dicta que nada puede escapar de un agujero negro, sin embargo, cuando se agregan los conceptos de la mecánica cuántica, esta idea puede cambiar un poco.

La mecánica cuántica indica que cada partícula tiene una antipartícula, y esta antipartícula tiene la carga eléctrica opuesta y la misma masa que la partícula.

Cuando las dos partículas se encuentran, los pares de antipartículas y partículas pueden destruirse entre sí. Cuando uno de estos encuentros de pares ocurre justo más allá del horizonte de eventos del agujero negro, existe la posibilidad de que uno pueda ser atraído hacia el agujero negro y el otro sea expulsado.

Los agujeros negros más conocidos

La condición resultante es que el agujero negro puede experimentar una reducción que hace que se descomponga. La teoría de la mecánica cuántica no se acepta en la mecánica clásica.

El problema de los agujeros negros es que son muy masivos, pero su densidad es tan grande que su tamaño es menor que la masa.

Tienen fuerzas gravitacionales extremadamente poderosas, tan poderosas que casi nada puede escapar de su gravedad. La física muestra que incluso la luz queda atrapada en sus manos.

Cuando los científicos “ven” un agujero negro, en realidad no lo ven. En cambio, están viendo la luz a su alrededor, incluidas las estrellas y otros objetos como gas y polvo que están cerca del agujero negro. El área que no tiene luz es el agujero negro.Quéjate de este anuncio

Cuando una galaxia tiene un agujero negro supermasivo en su centro, suele estar camuflado por el gas espeso y el polvo que la rodea, y esto puede bloquear las emisiones que son los signos de la existencia de un agujero negro.

Las fuerzas gravitacionales de un agujero negro son tan fuertes que pueden doblar la luz, distorsionar el tiempo y deformar el espacio.

Cuando algo de materia es arrastrado hacia un agujero negro, rebota en el área del borde del agujero negro conocido como el «horizonte de eventos» y puede ser arrojado hacia afuera en lugar de ser arrastrado hacia la abertura.

Esto hace que los chorros de material que son muy brillantes vayan a velocidades increíblemente rápidas, y son tan brillantes que pueden verse desde distancias.

Es justo decir que los científicos continúan trabajando para comprender cómo funcionan los agujeros negros.

Información interesante:

  • Cuando los científicos quieren observar un agujero negro, tienen que depender de la luz, los rayos X u otras formas de radiación electromagnética que se proyecta fuera del agujero negro para saber dónde está.
  • Si un agujero negro atraviesa una nube de materia interestelar, atraerá la materia hacia él con su fuerza gravitacional. Este proceso se llama «acreción».
  • El proceso de acreción también ocurre si una estrella se acerca demasiado a un agujero negro. En el caso de una estrella, la atraerá y luego la estrella se romperá.
  • La materia que es atraída por el agujero negro se calienta y se acelera, emitiendo rayos X que se expanden hacia el espacio. Estas radiografías se pueden ver con telescopios especiales.
  • Los científicos están aprendiendo que los agujeros negros pueden influir en las áreas que los rodean con la emisión de explosiones de rayos gamma, la destrucción de estrellas que dejan restos que pueden provocar el nacimiento de nuevas estrellas y detener el crecimiento de estrellas en otras áreas.
  • La atracción gravitacional de un agujero negro a veces puede ser tan fuerte que arrastra los gases externos de una estrella y luego hace crecer un disco a su alrededor llamado «disco de acreción».

Exploración e investigación:

En 2004, el telescopio Swift de la NASA hizo la observación de algunos destellos de luz increíblemente fugaces y poderosos llamados estallidos de rayos gamma.

La exploración posterior realizada por el telescopio espacial Hubble de la NASA y el telescopio espacial Chandra recopiló suficiente información para mostrar el evento de un agujero negro «resplandor».

Estos descubrimientos llevaron a los científicos a concluir que las explosiones medidas fueron el resultado de la colisión de un agujero negro y una estrella de neutrones, que luego creó otro agujero negro.

Tanto el Telescopio Espacial Chandra como el XMM-Newton han confirmado que existen agujeros negros de tamaño medio.

En 2014, astrónomos de la Universidad de Durham en el Reino Unido encontraron lo que identificaron como un agujero negro de masa intermedia que estaba dentro del brazo de una galaxia espiral.

En 2015, los científicos comenzaron a detectar ondas gravitacionales en el espacio. Estos fueron predichos por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein y son ondas en el tejido del espacio.

Los detectores LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser de la National Science Foundation) que se encuentran en Louisiana y Washington observaron las ondas gravitacionales.

Descubrieron que la fuente de las ondas era el resultado de una fusión que ocurrió hace 1.300 millones de años entre dos agujeros negros en órbita que formaban espirales entre sí. Desde ese descubrimiento, LIGO, así como otras instalaciones, ahora saben qué buscar y han visto muchos de estos mismos tipos de fusiones de agujeros negros.

El EHT (Event Horizon Telescope) es una colaboración internacional que involucra una red de ocho telescopios terrestres en un solo plato del tamaño de la Tierra. En 2019, el EHT capturó una imagen de un agujero negro por primera vez.

Este es el famoso agujero negro M87 que se encuentra a unos 55 millones de años luz de distancia y tiene una masa que pesa más de 6 mil millones de masas solares. Parecía un círculo oscuro que tenía la silueta de un disco orbital de materia caliente incandescente.

Datos sobre los agujeros negros para niños:

  • Los agujeros negros se sugirieron por primera vez en la 18 ª siglo, pero se consideraron como una curiosidad matemática hasta 1964 cuando los científicos encontraron el primer agujero negro que nombraron Cygnus X-1.
  • Los agujeros negros no tienen la capacidad de emitir radiación por sí mismos. La radiación que se utiliza para detectarlos se emite como disco de acreción cuando extrae material de otros objetos que pasan cerca.
  • Una vez atrapado por un agujero negro, el material que se convierte en espiral hacia un agujero negro entra en el disco de acreción que consiste en polvo, gas, planetas y estrellas que caen en la órbita del agujero negro.
  • El horizonte de sucesos de un agujero negro también se conoce como el «punto de no retorno» porque es el lugar donde la gravedad del agujero negro supera el impulso del material y lo hace girar alrededor del disco de acreción. Una vez que un elemento cruza el horizonte de eventos, no se conoce ningún poder que pueda sacarlo.
  • La intensa influencia de la gravedad de un agujero negro puede distorsionar el espacio y el tiempo dentro del vecindario en el que existe. Cuanto más se acerque un objeto a un agujero negro, más lento pasará el tiempo.

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