Agujeros negros
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Agujeros Negros: Propiedades, Formación y Tipos, Guías, Proyectos, Investigaciones de Ciencias Naturales
Exploración de los agujeros negros, sus características, cómo se forman y diferentes tipos, incluyendo estáticos, en rotación, con carga y supermasivos. El documento también aborda la relación entre relatividad general, mecánica cuántica y física estadística.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2021/2022
1 / 6
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Agujeros negros 2
preguntas
Agujeros negros 2
preguntas
Los agujeros negros son uno de los temas que se estudian en la línea de investigación Galaxias y AGN del
Instituto de Física de Cantabria. Por medio de estas 16 preguntas y sus correspondientes respuestas
queremos acercar este tema a los no expertos.
¿Qué es un agujero negro?
Un agujero negro es una región del espacio que tiene tanta masa concentrada en ella que un objeto cercano no puede escapar de su campo gravitatorio.
¿De verdad existen los
agujeros negros?
Sí existen. Los astrónomos han descubierto bastantes objetos que sólo pueden ser expli- cados como agujeros negros. Estos objetos son oscuros, por lo que no podemos verlos, pero ejercen una fuerte influencia en las estrellas, el gas e incluso el espacio que los rodea. Los objetos son tan oscuros, densos y pesados que tienen que ser o agujeros negros o algo todavía más exótico.
¿Qué tamaño tiene un
agujero negro?
El tamaño de un agujero negro se toma como el de mínima distancia al mismo desde la que se puede escapar. Esta distancia se denomina horizonte de sucesos y depende de la masa del agujero.
Una masa típica para un agujero negro este- lar sería de alrededor de 10 veces la masa del Sol, o sea, 10
31
kilogramos, que significa un
1 con 31 ceros detrás: 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.
Los astrónomos creen que muchas galaxias albergan agujeros negros extremadamente masivos en sus centros, con un peso de alre- dedor de un millón de veces la masa del Sol, o 10
36
kilogramos.
Un agujero negro con una masa igual a la del Sol tendría un radio de 3 kilómetros. Por lo tanto, un agujero negro típico de 10 masas solares tendría un radio de 30 kilómetros, y el agujero negro de un millón de masas solares en el centro de nuestra galaxia tendría un radio de 3 millones de kilómetros.
¿Hay algún agujero
negro cercano a la
Tierra?
Los agujeros negros más cercanos descubiertos hasta ahora están a varios miles de años luz. Están tan lejos que no tienen ningún efecto en la Tierra ni en su medio. Parece que hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, a unos 27.000 años luz. Aunque tiene varios millones de veces la masa del Sol, al estar tan lejos no afecta nuestro Sistema Solar.
¿Se convertirá
nuestro Sol en un
agujero negro?
No. Las estrellas como el Sol no son lo bastante masivas para convertirse en agujeros negros. Lo que sucederá, dentro de varios miles de millones de años, es que el Sol expulsará sus capas externas y su núcleo formará una enana blanca: una bola densa de carbono y oxígeno que ya no produce energía nuclear, pero que brilla debido a su alta temperatura. La masa de una enana blanca típica es más o menos como la del Sol, pero su tamaño es sólo el de la Tierra, que es el uno por ciento del diámetro actual del Sol.
¿Cuál es el agujero
negro más grande?
El agujero negro más grande conocido está en el núcleo de M87, una galaxia elíptica gigante en la constelación de Virgo. Su masa parece ser unos tres mil millones de veces mayor que la del Sol, con un diámetro de unos 18 mil millones de kilómetros, casi el doble que el diámetro de la órbita de Plutón, que se consideraba el planeta más distante de nuestro sistema solar hasta 2006.
¿Qué pasa al acercarse
a un agujero negro?
El efecto exacto depende del tamaño y la masa del agujero negro. Un agujero negro “de masa estelar” –un agujero negro con una masa varias veces la del Sol- ejerce un fuerte efecto de marea sobre cualquier objeto que se acerque a su horizonte de sucesos.
Es el mismo efecto que produce las mareas en la Tierra; el empuje gravitacional en el lado del objeto que está más cerca del agujero negro es notablemente mayor que en el lado opuesto, así que la gravedad estira el objeto y lo destruye. La marea es menos pronunciada para los objetos que se acercan a un agujero negro supermasivo.
Observado desde fuera, parece que el tiempo pasa más despacio para el objeto que se acerca al horizonte y su luz "se estira" a longitudes de onda cada vez más largas.
Agujeros negros 2
preguntas
Si no puede escapar la luz
¿cómo se detectan?
En primer lugar por los efectos de su campo gravitatorio. Si se detecta la presencia de una cantidad grande de masa en una zona muy pequeña, la única forma que conocemos que puede adoptar la materia en esas circunstancias tan extremas es la de un agujero negro.
Adicionalmente, aunque la materia no puede escapar una vez que alcanza el horizonte de sucesos, hasta que se acerca tanto libera una gran cantidad de energía, que fundamentalmente escapa en forma de radiación, desde rayos X hasta ondas de radio. La emisión de gran cantidad de radiación desde áreas muy concentradas es otro indicio revelador de la presencia de estos objetos exóticos.
Además, cuando la radiación escapa de zonas tan cercanas al horizonte de sucesos, la intensa gravedad otorga una serie de características a dicha radiación que sólo pueden provenir de esos entornos tan extremos. Hoy en día se han detectado dichas características en decenas de fuentes cósmicas.
¿Por qué los usan tanto si
nadie ha visto realmente
que ocurre en el interior?
Una de las razones de más peso teórico para estudiar los agujeros negros, es la relación que presentan entre relatividad general, mecánica cuántica y física estadística (aspectos estudiados principalmente por Hawking). Se supone que existe una relación entre el área del horizonte y una posible entropía (una medida del grado de desorden) del agujero.
Esto supone que los agujeros negros deberían tener temperatura que se nos presenta en forma de una radiación que emiten (la radiación de Hawking), que es un resultado que actualmente no se comprende bien, a la falta de una teoría que describa la gravitación en términos cuántico.
¿Hay diferentes tipos
de agujeros negros?
Existen diferentes tipos de agujeros negros: Estáticos (agujeros negros de Schwarzschild), en rotación (de Kerr), estáticos con carga (de Reissner- Nordström) y en rotación con carga (de Kerr-Newman).
También se clasifican según su masa en microagujeros negros, agujeros negros de masa estelar, agujeros negros de masa intermedia y agujeros negros supermasivos.
Según su origen, se clasifican en agujeros negros estelares y agujeros negros primordiales.
Si un agujero negro
existiese, ¿no atraería
toda la materia del
Universo?
No. Un agujero negro tiene un "horizonte", o sea, una región desde la que no puedes escapar. Si cruzas el horizonte, estarás destinado a permanecer sin remedio en el agujero negro. Pero en la medida en que te mantengas fuera del horizonte, el campo gravitacional que rodea a un agujero negro no es diferente del campo que rodea a cualquier otro objeto con la misma masa. En otras palabras, un agujero negro con una masa igual a la solar no es más capaz de atraer a objetos lejanos que cualquier otro objeto con una masa igual a la solar (como, por ejemplo, el propio Sol).
¿Son los agujeros
negros “pasadizos a
otras partes del
Universo?
Hasta ahora, sólo en la ciencia ficción. Todo lo que cae en un agujero negro queda atrapado y no puede salir por un “agujero blanco” a otra parte del universo.
La teoría permite la existencia de “agujeros de gusano,” que son “atajos” teóricos entre dos puntos en el espacio-tiempo. Sin embargo, no se ha detectado ningún “agujero de gusa- no.” Y según las teorías, en cuanto cualquier material intentara entrar en el agujero de gusano, se colapsaría.
Agujeros negros 2
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Galaxias y AGNs
Cosmología Observacional e Instrumentación
Física de Partículas
Computación Avanzada y e-Ciencia
Dinámica y fluctuaciones en sistemas no lineales
Meteorología y Cambio Climático
El Instituto de Física de Cantabria es un centro de investigación creado en 1995, cuya titularidad comparten el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Cantabria (UC).
La finalidad del Instituto es realizar investigación en “ciencia básica” de los distintos aspectos de la Física, estudiando desde lo más grande (el Universo) hasta lo más pequeño (partículas elementales).
Se realiza investigación en varios campos de la Ciencia: Astrofísica, Física de Partículas, Física de Sistemas no Lineales, Meteorología, Computación y e-Ciencia.