Los agujeros negros son quizás los objetos astronómicos más misteriosos y enigmáticos de nuestro Universo; desde su descubrimiento, han atraído la atención de los científicos y excitado la imaginación de los escritores de ciencia ficción. ¿Qué son los agujeros negros y qué representan? Los agujeros negros son estrellas extintas que, por sus características físicas, tienen una densidad tan alta y una gravedad tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar más allá de ellos.
Historia del descubrimiento de los agujeros negros.
Por primera vez, la existencia teórica de los agujeros negros, mucho antes de su descubrimiento real, fue sugerida por un tal D. Michel (un sacerdote inglés de Yorkshire, que se interesa por la astronomía en su tiempo libre) en 1783. Según sus cálculos, si tomamos el nuestro y lo comprimimos (en lenguaje informático moderno, lo archivamos) en un radio de 3 km, se formará una fuerza gravitacional tan grande (simplemente enorme) que ni siquiera la luz podrá salir de él. . Así surgió el concepto de “agujero negro”, aunque en realidad no es negro en absoluto, en nuestra opinión, el término “agujero oscuro” sería más apropiado, porque es precisamente la ausencia de luz lo que se produce;
Posteriormente, en 1918, el gran científico Albert Einstein escribió sobre la cuestión de los agujeros negros en el contexto de la teoría de la relatividad. Pero no fue hasta 1967, gracias a los esfuerzos del astrofísico estadounidense John Wheeler, que el concepto de agujeros negros finalmente ganó un lugar en los círculos académicos.
Sea como fuere, D. Michel, Albert Einstein y John Wheeler en sus trabajos asumieron solo la existencia teórica de estos misteriosos objetos celestes en el espacio exterior, pero el verdadero descubrimiento de los agujeros negros tuvo lugar en 1971, fue entonces cuando Se observaron por primera vez con un telescopio.
Así es como se ve un agujero negro.
Cómo se forman los agujeros negros en el espacio
Como sabemos por la astrofísica, todas las estrellas (incluido nuestro Sol) tienen un suministro limitado de combustible. Y aunque la vida de una estrella puede durar miles de millones de años luz, tarde o temprano este suministro condicional de combustible llega a su fin y la estrella “se apaga”. El proceso de “desvanecimiento” de una estrella va acompañado de intensas reacciones, durante las cuales la estrella sufre una transformación significativa y, dependiendo de su tamaño, puede convertirse en una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro. Además, las estrellas más grandes, con tamaños increíblemente impresionantes, generalmente se convierten en un agujero negro; debido a la compresión de estos tamaños más increíbles, se produce un aumento múltiple en la masa y la fuerza gravitacional del agujero negro recién formado, que se convierte en un especie de aspiradora galáctica, que absorbe todo y a todos a su alrededor.
Un agujero negro se traga una estrella.
Una pequeña nota: nuestro Sol, según los estándares galácticos, no es una estrella grande en absoluto y después de su extinción, que ocurrirá en unos pocos miles de millones de años, lo más probable es que no se convierta en un agujero negro.
Pero seamos honestos: hoy en día, los científicos aún no conocen todas las complejidades de la formación de un agujero negro; sin duda, se trata de un proceso astrofísico extremadamente complejo que en sí mismo puede durar millones de años luz; Aunque es posible avanzar en esta dirección podría ser el descubrimiento y posterior estudio de los llamados agujeros negros intermedios, es decir, estrellas en estado de extinción, en las que se está produciendo el proceso activo de formación de agujeros negros. Por cierto, en 2014 los astrónomos descubrieron una estrella similar en el brazo de una galaxia espiral.
¿Cuántos agujeros negros hay en el Universo?
Según las teorías de los científicos modernos, en nuestra galaxia, la Vía Láctea, pueden existir hasta cientos de millones de agujeros negros. Quizás no haya menos de ellos en nuestra galaxia vecina, a la que no hay nada a lo que volar desde nuestra Vía Láctea: 2,5 millones de años luz.
Teoría del agujero negro
A pesar de la enorme masa (que es cientos de miles de veces mayor que la masa de nuestro Sol) y la increíble fuerza de la gravedad, no fue fácil ver los agujeros negros a través de un telescopio, porque no emiten luz en absoluto. Los científicos lograron notar el agujero negro solo en el momento de su "comida": la absorción de otra estrella, en este momento aparece la radiación característica, que ya se puede observar. Así, la teoría del agujero negro ha encontrado una confirmación real.
Propiedades de los agujeros negros
La principal propiedad de un agujero negro son sus increíbles campos gravitacionales, que no permiten que el espacio y el tiempo circundantes permanezcan en su estado habitual. Sí, escuchaste bien, el tiempo dentro de un agujero negro pasa muchas veces más lento de lo habitual, y si estuvieras allí, cuando regresaras (si tuvieras tanta suerte, por supuesto), te sorprendería saber que han pasado siglos. en la Tierra, y ni siquiera has envejecido, has llegado a tiempo. Aunque seamos sinceros, si estuvieras dentro de un agujero negro difícilmente sobrevivirías, ya que allí la fuerza de gravedad es tal que cualquier objeto material simplemente sería despedazado, ni siquiera en pedazos, en átomos.
Pero si estuvieras siquiera cerca de un agujero negro, dentro de la influencia de su campo gravitacional, también lo pasarías mal, ya que cuanto más resistieras su gravedad, intentando volar, más rápido caerías en él. La razón de esta aparente paradoja es el campo de vórtice gravitacional que poseen todos los agujeros negros.
¿Qué pasa si una persona cae en un agujero negro?
Evaporación de agujeros negros.
El astrónomo inglés S. Hawking descubrió un hecho interesante: los agujeros negros también parecen emitir evaporación. Es cierto que esto sólo se aplica a agujeros de masa relativamente pequeña. La poderosa gravedad que los rodea da origen a pares de partículas y antipartículas, una de las cuales es arrastrada hacia adentro por el agujero y la segunda es expulsada. Así, el agujero negro emite antipartículas duras y rayos gamma. Esta evaporación o radiación de un agujero negro lleva el nombre del científico que la descubrió: "radiación de Hawking".
El agujero negro más grande
Según la teoría de los agujeros negros, en el centro de casi todas las galaxias se encuentran enormes agujeros negros con masas que van desde varios millones hasta varios miles de millones de masas solares. Y hace relativamente poco tiempo, los científicos descubrieron los dos agujeros negros más grandes conocidos hasta la fecha que se encuentran en dos galaxias cercanas: NGC 3842 y NGC 4849;
NGC 3842 es la galaxia más brillante de la constelación de Leo, ubicada a 320 millones de años luz de nosotros. En su centro hay un enorme agujero negro que pesa 9,7 mil millones de masas solares.
NGC 4849, una galaxia del cúmulo de Coma, a 335 millones de años luz de distancia, cuenta con un agujero negro igualmente impresionante.
El campo gravitacional de estos agujeros negros gigantes, o en términos académicos, su horizonte de sucesos, es aproximadamente 5 veces la distancia del Sol a ! Un agujero negro así devoraría nuestro sistema solar y ni siquiera lo asfixiaría.
El agujero negro más pequeño
Pero en la gran familia de los agujeros negros también hay representantes muy pequeños. Así, el agujero negro más enano descubierto por los científicos hasta la fecha tiene sólo 3 veces la masa de nuestro Sol. De hecho, este es el mínimo teórico requerido para la formación de un agujero negro; si esa estrella fuera un poco más pequeña, el agujero no se habría formado;
Los agujeros negros son caníbales
Sí, existe tal fenómeno, como escribimos anteriormente, los agujeros negros son una especie de "aspiradoras galácticas" que absorben todo lo que les rodea, incluidos... otros agujeros negros. Recientemente, los astrónomos descubrieron que un agujero negro de una galaxia estaba siendo devorado por un glotón negro aún más grande de otra galaxia.
- Según las hipótesis de algunos científicos, los agujeros negros no son sólo aspiradoras galácticas que absorben todo, sino que, en determinadas circunstancias, ellos mismos pueden dar origen a nuevos universos.
- Los agujeros negros pueden evaporarse con el tiempo. Escribimos anteriormente que el científico inglés Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros tienen la propiedad de emitir radiación y después de un período de tiempo muy largo, cuando no quede nada que absorber, el agujero negro comenzará a evaporarse más, hasta que con el tiempo dé toda su masa al espacio circundante. Aunque esto es sólo una suposición, una hipótesis.
- Los agujeros negros ralentizan el tiempo y curvan el espacio. Ya hemos escrito sobre la dilatación del tiempo, pero el espacio en las condiciones de un agujero negro también será completamente curvado.
- Los agujeros negros limitan el número de estrellas en el Universo. Es decir, sus campos gravitacionales impiden el enfriamiento de las nubes de gas en el espacio, de las que, como se sabe, nacen nuevas estrellas.
Agujeros negros en Discovery Channel, vídeo
Y para concluir, os ofrecemos un interesante documental científico sobre los agujeros negros del Discovery Channel.
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Considere lo misterioso e invisible. agujeros negros en el Universo: datos interesantes, investigaciones de Einstein, tipos supermasivos e intermedios, teoría, estructura.
- uno de los objetos más interesantes y misteriosos del espacio exterior. Tienen una alta densidad y la fuerza gravitacional es tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar más allá de sus límites.
Albert Einstein habló por primera vez de los agujeros negros en 1916, cuando creó la teoría general de la relatividad. El término en sí se originó en 1967 gracias a John Wheeler. Y el primer agujero negro fue “visto” en 1971.
La clasificación de los agujeros negros incluye tres tipos: agujeros negros de masa estelar, agujeros negros supermasivos y agujeros negros de masa intermedia. No dejes de ver el vídeo sobre los agujeros negros para conocer muchos datos interesantes y conocer mejor estas misteriosas formaciones cósmicas.
Datos interesantes sobre los agujeros negros
- Si te encuentras dentro de un agujero negro, la gravedad te estirará. Pero no hay por qué tener miedo, porque morirás antes de alcanzar la singularidad. Un estudio de 2012 sugirió que los efectos cuánticos convierten el horizonte de sucesos en un muro de fuego que te convierte a ti en un montón de cenizas.
- Los agujeros negros no "apestan". Este proceso es causado por un vacío, que no está presente en esta formación. Entonces el material simplemente se cae.
- El primer agujero negro fue Cygnus X-1, descubierto por cohetes con contadores Geiger. En 1971, los científicos recibieron una señal de radio de Cygnus X-1. Este objeto se convirtió en objeto de una disputa entre Kip Thorne y Stephen Hawking. Este último creía que no se trataba de un agujero negro. En 1990 admitió la derrota.
- Es posible que hayan aparecido pequeños agujeros negros inmediatamente después del Big Bang. El espacio en rápida rotación comprimió algunas áreas en densos agujeros, menos masivos que el Sol.
- Si la estrella se acerca demasiado, podría romperse.
- Generalmente se estima que hay hasta mil millones de agujeros negros estelares con tres veces la masa del Sol.
- Si comparamos la teoría de cuerdas y la mecánica clásica, la primera da lugar a más variedades de gigantes masivos.
El peligro de los agujeros negros
Cuando una estrella se queda sin combustible, puede comenzar el proceso de autodestrucción. Si su masa fuera tres veces mayor que la del Sol, entonces el núcleo restante se convertiría en una estrella de neutrones o una enana blanca. Pero la estrella más grande se transforma en un agujero negro.
Estos objetos son pequeños, pero tienen una densidad increíble. Imagina que frente a ti hay un objeto del tamaño de una ciudad, pero su masa es tres veces mayor que la del Sol. Esto crea una fuerza gravitacional increíblemente enorme que atrae polvo y gas, aumentando su tamaño. Te sorprenderá, pero puede haber varios cientos de millones de agujeros negros estelares.
Agujeros negros supermasivos
Por supuesto, nada en el universo se compara con la maravilla de los agujeros negros supermasivos. Superan la masa solar en miles de millones de veces. Se cree que tales objetos existen en casi todas las galaxias. Los científicos aún no conocen todas las complejidades del proceso de formación. Lo más probable es que crezcan debido a la acumulación de masa del polvo y gas circundante.
Es posible que deban su escala a la fusión de miles de pequeños agujeros negros. O podría colapsar todo un cúmulo de estrellas.
Agujeros negros en los centros de las galaxias.
La astrofísica Olga Silchenko sobre el descubrimiento de un agujero negro supermasivo en la nebulosa de Andrómeda, la investigación de John Kormendy y los cuerpos gravitantes oscuros:
La naturaleza de las fuentes de radio cósmicas.
El astrofísico Anatoly Zasov sobre la radiación sincrotrón, los agujeros negros en los núcleos de galaxias distantes y el gas neutro:
Agujeros negros intermedios
No hace mucho, los científicos descubrieron un nuevo tipo: los agujeros negros de masa intermedia. Pueden formarse cuando las estrellas de un cúmulo chocan, provocando una reacción en cadena. Como resultado, caen hacia el centro y forman un agujero negro supermasivo.
En 2014, los astrónomos descubrieron un tipo intermedio en el brazo de una galaxia espiral. Son muy difíciles de encontrar porque pueden ubicarse en lugares impredecibles.
Microagujeros negros
El físico Eduard Boos sobre la seguridad del LHC, el nacimiento de un microagujero negro y el concepto de membrana:
Teoría del agujero negro
Los agujeros negros son objetos extremadamente masivos, pero abarcan una cantidad de espacio relativamente modesta. Además, tienen una enorme gravedad, impidiendo que los objetos (e incluso la luz) salgan de su territorio. Sin embargo, es imposible verlos directamente. Los investigadores deben observar la radiación que se produce cuando un agujero negro se alimenta.
Curiosamente, sucede que la materia que se dirige hacia un agujero negro rebota en el horizonte de sucesos y es expulsada. En este caso, se forman brillantes chorros de material que se mueven a velocidades relativistas. Estas emisiones se pueden detectar a largas distancias.
- Objetos asombrosos en los que la fuerza de la gravedad es tan enorme que puede doblar la luz, deformar el espacio y distorsionar el tiempo.
En los agujeros negros se pueden distinguir tres capas: el horizonte de sucesos exterior e interior y la singularidad.
El horizonte de sucesos de un agujero negro es el límite donde la luz no tiene posibilidad de escapar. Una vez que una partícula cruce esta línea, no podrá salir. La región interior donde se ubica la masa de un agujero negro se llama singularidad.
Si hablamos desde la perspectiva de la mecánica clásica, nada puede salir de un agujero negro. Pero la cuántica hace su propia corrección. El caso es que cada partícula tiene una antipartícula. Tienen las mismas masas, pero cargas diferentes. Si se cruzan, pueden aniquilarse entre sí.
Cuando un par así aparece fuera del horizonte de sucesos, uno de ellos puede ser atraído y el otro repelido. Debido a esto, el horizonte puede reducirse y el agujero negro puede colapsar. Los científicos todavía están intentando estudiar este mecanismo.
Acreción
El astrofísico Sergei Popov sobre los agujeros negros supermasivos, la formación de planetas y la acumulación de materia en el Universo temprano:
Los agujeros negros más famosos
Preguntas frecuentes sobre los agujeros negros
En términos más amplios, un agujero negro es una determinada zona del espacio en la que se concentra una cantidad tan grande de masa que ni un solo objeto puede escapar a la influencia gravitacional. Cuando se trata de gravedad, nos basamos en la teoría general de la relatividad propuesta por Albert Einstein. Para comprender los detalles del objeto en estudio, avanzaremos paso a paso.
Imaginemos que estás en la superficie del planeta y estás lanzando una roca. Si no tienes el poder de Hulk, no podrás ejercer suficiente fuerza. Entonces la piedra se elevará hasta cierta altura, pero bajo la presión de la gravedad volverá a caer. Si tienes el potencial oculto de un hombre fuerte verde, entonces podrás darle al objeto suficiente aceleración, gracias a la cual abandonará completamente la zona de influencia gravitacional. Esto se llama "velocidad de escape".
Si lo descomponemos en una fórmula, esta velocidad depende de la masa planetaria. Cuanto más grande es, más poderosa es la fuerza gravitacional. La velocidad de salida dependerá de dónde te encuentres exactamente: cuanto más cerca del centro, más fácil será salir. La velocidad de salida de nuestro planeta es de 11,2 km/s, pero es de 2,4 km/s.
Nos acercamos a la parte más interesante. Digamos que tienes un objeto con una increíble concentración de masa recolectada en un lugar pequeño. En este caso, la velocidad de escape supera la velocidad de la luz. Y sabemos que nada se mueve más rápido que este indicador, lo que significa que nadie podrá superar tal fuerza y escapar. ¡Ni siquiera un rayo de luz puede hacer esto!
En el siglo XVIII, Laplace reflexionó sobre la extrema concentración de masa. Siguiendo la relatividad general, Karl Schwarzschild pudo encontrar una solución matemática a la ecuación de la teoría para describir tal objeto. Oppenheimer, Wolkoff y Snyder (década de 1930) hicieron otras contribuciones. A partir de ese momento, la gente empezó a discutir seriamente este tema. Quedó claro: cuando una estrella masiva se queda sin combustible, no puede resistir la fuerza de la gravedad y está destinada a colapsar en un agujero negro.
En la teoría de Einstein, la gravedad es una manifestación de curvatura en el espacio y el tiempo. El hecho es que aquí las reglas geométricas habituales no funcionan y los objetos masivos distorsionan el espacio-tiempo. El agujero negro tiene propiedades extrañas, por lo que su distorsión es más claramente visible. Por ejemplo, un objeto tiene un "horizonte de sucesos". Esta es la superficie de la esfera que marca la línea del agujero. Es decir, si superas este límite, no hay vuelta atrás.
Literalmente, este es el lugar donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Fuera de este lugar, la velocidad de escape es inferior a la velocidad de la luz. Pero si su cohete es capaz de acelerar, habrá suficiente energía para escapar.
El horizonte en sí es bastante extraño en términos de geometría. Si estás lejos, sentirás que estás mirando una superficie estática. Pero si te acercas, te das cuenta de que se mueve hacia afuera a la velocidad de la luz. Ahora entiendo por qué es fácil entrar, pero tan difícil escapar. Sí, esto es muy confuso, porque en realidad el horizonte se detiene, pero al mismo tiempo corre a la velocidad de la luz. Es como la situación de Alice, que tuvo que correr lo más rápido posible para mantenerse en el lugar.
Al llegar al horizonte, el espacio y el tiempo experimentan una distorsión tan fuerte que las coordenadas comienzan a describir los papeles de la distancia radial y el tiempo de conmutación. Es decir, "r", que marca la distancia desde el centro, se vuelve temporal, y "t" ahora es responsable de la "espacialidad". Como resultado, no podrá dejar de moverse con un índice r más bajo, del mismo modo que no podrá avanzar hacia el futuro en tiempo normal. Llegarás a una singularidad donde r = 0. Puedes lanzar cohetes, hacer funcionar el motor al máximo, pero no podrás escapar.
El término "agujero negro" fue acuñado por John Archibald Wheeler. Antes de eso, se las llamaba "estrellas enfriadas".
El físico Emil Akhmedov sobre el estudio de los agujeros negros, Karl Schwarzschild y los agujeros negros gigantes:
Hay dos formas de calcular el tamaño de algo. Puedes nombrar la masa o el tamaño que ocupa el área. Si tomamos el primer criterio, entonces no existe un límite específico para la masividad de un agujero negro. Puedes usar cualquier cantidad siempre que puedas comprimirla a la densidad requerida.
La mayoría de estas formaciones aparecieron después de la muerte de estrellas masivas, por lo que uno esperaría que su peso fuera equivalente. La masa típica de un agujero de este tipo sería 10 veces la del sol: 10,31 kg. Además, cada galaxia debe albergar un agujero negro supermasivo central, cuya masa supera la solar en un millón de veces: 10 36 kg.
Cuanto más masivo es el objeto, más masa cubre. El radio del horizonte y la masa son directamente proporcionales, es decir, si un agujero negro pesa 10 veces más que otro, entonces su radio es 10 veces mayor. El radio de un agujero con masa solar es de 3 km, y si es un millón de veces más grande, entonces 3 millones de km. Estas parecen ser cosas increíblemente masivas. Pero no olvidemos que estos son conceptos estándar para la astronomía. El radio solar alcanza los 700.000 km y el de un agujero negro es 4 veces mayor.
Digamos que tienes mala suerte y tu nave avanza inexorablemente hacia un agujero negro supermasivo. No tiene sentido pelear. Simplemente apagas los motores y te diriges hacia lo inevitable. ¿Que esperar?
Empecemos por la ingravidez. Estás en caída libre, por lo que la tripulación, el barco y todas las piezas no pesan. Cuanto más te acercas al centro del agujero, más fuertes se sienten las fuerzas gravitacionales de marea. Por ejemplo, tus pies están más cerca del centro que tu cabeza. Entonces empiezas a sentir que te están estirando. Como resultado, simplemente quedarás destrozado.
Estas fuerzas son imperceptibles hasta que te acercas a 600.000 kilómetros del centro. Esto ya está detrás del horizonte. Pero estamos hablando de un objeto enorme. Si caes en un agujero con la masa del sol, entonces las fuerzas de marea te envolverían a 6000 km del centro y te destrozarían antes de llegar al horizonte (por eso te enviamos al grande para que ya puedas morir). dentro del hoyo, y no en la aproximación).
¿Qué hay dentro? No quiero decepcionar, pero nada destacable. Algunos objetos pueden tener una apariencia distorsionada y nada más fuera de lo común. Incluso después de cruzar el horizonte, verás las cosas a tu alrededor mientras se mueven contigo.
¿Cuánto tiempo llevará todo esto? Todo depende de tu distancia. Por ejemplo, partiste de un punto de reposo donde la singularidad es 10 veces el radio del agujero. Sólo tardará 8 minutos en acercarse al horizonte y luego otros 7 segundos en entrar en la singularidad. Si caes en un pequeño agujero negro, todo sucederá más rápido.
Tan pronto como cruces el horizonte, podrás disparar cohetes, gritar y llorar. Tienes 7 segundos para hacer todo esto hasta llegar a la singularidad. Pero nada te salvará. Así que disfruta el viaje.
Digamos que estás condenado y caes en un agujero y tu novio te observa desde lejos. Bueno, él verá las cosas de otra manera. Notarás que disminuyes la velocidad a medida que te acercas al horizonte. Pero incluso si una persona se sienta durante cien años, no esperará hasta llegar al horizonte.
Intentemos explicarlo. El agujero negro podría haber surgido de una estrella en colapso. Dado que el material está destruido, Kirill (que sea tu amigo) lo ve disminuir, pero nunca notará que se acerca al horizonte. Por eso se les llamó "estrellas congeladas", porque parecen congelarse en un radio determinado.
¿Qué pasa? Llamémoslo ilusión óptica. No se necesita el infinito para formar un agujero, como tampoco es necesario cruzar el horizonte. A medida que te acercas, la luz tarda más en llegar a Kirill. Más precisamente, la radiación en tiempo real de su transición quedará registrada en el horizonte para siempre. Hace mucho que cruzaste la línea y Kirill todavía está observando la señal luminosa.
O puedes acercarte desde el otro lado. El tiempo se alarga cerca del horizonte. Por ejemplo, tienes un barco superpoderoso. Conseguiste acercarte al horizonte, permanecer allí un par de minutos y llegar vivo a Kirill. ¿A quién verás? ¡Anciano! Después de todo, el tiempo pasó mucho más lento para ti.
¿Qué es verdad entonces? ¿Ilusión o juego del tiempo? Todo depende del sistema de coordenadas utilizado para describir el agujero negro. Si confía en las coordenadas de Schwarzschild, al cruzar el horizonte, la coordenada de tiempo (t) es igual al infinito. Pero las métricas del sistema proporcionan una visión borrosa de lo que sucede cerca del objeto mismo. En la línea del horizonte, todas las coordenadas están distorsionadas (singularidad). Pero puedes usar ambos sistemas de coordenadas, por lo que las dos respuestas son válidas.
En realidad, simplemente te volverás invisible y Kirill dejará de verte antes de que pase mucho tiempo. No te olvides del corrimiento al rojo. Emites luz observable en una determinada longitud de onda, pero Kirill la verá en una más larga. Las olas se alargan a medida que se acercan al horizonte. Además, no olvidemos que la radiación se produce en determinados fotones.
Por ejemplo, en el momento de la transición enviarás el último fotón. Llegará a Kirill en un tiempo determinado (aproximadamente una hora para un agujero negro supermasivo).
Por supuesto que no. No te olvides de la existencia del horizonte de sucesos. Ésta es la única zona de la que no puedes salir. Basta con no acercarse a ella y sentirse tranquilo. Además, desde una distancia segura, este objeto le parecerá muy común.
La paradoja de la información de Hawking
El físico Emil Akhmedov sobre el efecto de la gravedad sobre las ondas electromagnéticas, la paradoja de la información de los agujeros negros y el principio de previsibilidad en la ciencia:
Que no cunda el pánico, ya que el Sol nunca se transformará en un objeto así porque simplemente no tiene suficiente masa. Además, conservará su aspecto actual durante otros 5 mil millones de años. Luego pasará a la etapa de gigante roja, absorbiendo a Mercurio, Venus y friendo completamente nuestro planeta, y luego se convertirá en una enana blanca ordinaria.
Pero dejémonos llevar por la fantasía. Entonces el Sol se convirtió en un agujero negro. Para empezar, inmediatamente nos veremos envueltos en la oscuridad y el frío. La Tierra y otros planetas no serán absorbidos por el agujero. Continuarán orbitando el nuevo objeto en órbitas normales. ¿Por qué? Porque el horizonte alcanzará sólo los 3 km y la gravedad no podrá hacernos nada.
Sí. Naturalmente, no podemos confiar en la observación visible, ya que la luz no puede escapar. Pero hay pruebas circunstanciales. Por ejemplo, ves un área que podría contener un agujero negro. ¿Cómo puedo comprobar esto? Comience midiendo la masa. Si está claro que en un área hay demasiado o es aparentemente invisible, entonces estás en el camino correcto. Hay dos puntos de búsqueda: el centro galáctico y los sistemas binarios con radiación de rayos X.
Así, se encontraron objetos centrales masivos en 8 galaxias, cuya masa nuclear oscila entre un millón y mil millones de solares. La masa se calcula observando la velocidad de rotación de las estrellas y el gas alrededor del centro. Cuanto más rápidos, mayor debe ser la masa para mantenerlos en órbita.
Estos objetos masivos se consideran agujeros negros por dos razones. Bueno, simplemente no hay más opciones. No hay nada más masivo, más oscuro y más compacto. Además, existe la teoría de que todas las galaxias grandes y activas tienen un monstruo así escondido en el centro. Pero todavía esto no es una prueba del 100%.
Pero dos hallazgos recientes hablan a favor de la teoría. En la galaxia activa más cercana se observó un sistema "máser de agua" (una poderosa fuente de radiación de microondas) cerca del núcleo. Utilizando un interferómetro, los científicos mapearon la distribución de las velocidades de los gases. Es decir, midieron la velocidad en medio año luz en el centro galáctico. Esto les ayudó a comprender que en su interior había un objeto masivo, cuyo radio alcanzaba medio año luz.
El segundo hallazgo es aún más convincente. Los investigadores, utilizando rayos X, tropezaron con una línea espectral del núcleo galáctico, que indica la presencia de átomos cercanos, cuya velocidad es increíblemente alta (1/3 de la velocidad de la luz). Además, la emisión correspondió a un corrimiento al rojo que corresponde al horizonte del agujero negro.
Otra clase se puede encontrar en la Vía Láctea. Se trata de agujeros negros estelares que se forman tras la explosión de una supernova. Si existieran por separado, incluso de cerca apenas lo notaríamos. Pero tenemos suerte, porque la mayoría existen en sistemas duales. Son fáciles de encontrar, ya que el agujero negro atraerá la masa de su vecino e influirá en él con la gravedad. El material "extraído" forma un disco de acreción en el que todo se calienta y, por tanto, genera una fuerte radiación.
Supongamos que lograste encontrar un sistema binario. ¿Cómo se entiende que un objeto compacto es un agujero negro? De nuevo nos dirigimos a las masas. Para ello, mida la velocidad orbital de una estrella cercana. Si la masa es increíblemente grande con dimensiones tan pequeñas, entonces no quedan más opciones.
Este es un mecanismo complejo. Stephen Hawking planteó un tema similar allá por los años 1970. Dijo que los agujeros negros no son realmente "negros". Hay efectos de la mecánica cuántica que hacen que se genere radiación. Poco a poco el agujero empieza a encogerse. La tasa de radiación aumenta al disminuir la masa, por lo que el agujero emite cada vez más y acelera el proceso de contracción hasta disolverse.
Sin embargo, esto es sólo un esquema teórico, porque nadie puede decir exactamente qué sucede en la última etapa. Algunas personas piensan que queda un rastro pequeño pero estable. Las teorías modernas aún no han encontrado nada mejor. Pero el proceso en sí es increíble y complejo. Es necesario calcular parámetros en el espacio-tiempo curvo y los resultados en sí no pueden verificarse en condiciones normales.
La Ley de Conservación de la Energía se puede utilizar aquí, pero sólo por períodos cortos. El universo puede crear energía y masa desde cero, pero deben desaparecer rápidamente. Una de las manifestaciones son las fluctuaciones del vacío. Los pares de partículas y antipartículas surgen de la nada, existen durante un breve período de tiempo y mueren en destrucción mutua. Cuando aparecen, el equilibrio energético se altera, pero todo se restablece tras su desaparición. Parece fantástico, pero este mecanismo ha sido confirmado experimentalmente.
Digamos que una de las fluctuaciones del vacío actúa cerca del horizonte de un agujero negro. Quizás una de las partículas caiga y la segunda se escape. Quien escapa se lleva consigo parte de la energía del agujero y puede caer en los ojos del observador. Le parecerá que un objeto oscuro simplemente ha liberado una partícula. Pero el proceso se repite y vemos un flujo continuo de radiación procedente del agujero negro.
Ya hemos dicho que Kirill siente que se necesita el infinito para cruzar la línea del horizonte. Además, se mencionó que los agujeros negros se evaporan después de un período de tiempo finito. Entonces, cuando llegues al horizonte, ¿el agujero desaparecerá?
No. Cuando describimos las observaciones de Kirill, no hablamos del proceso de evaporación. Pero si este proceso está presente, entonces todo cambia. Tu amigo te verá volar por el horizonte en el momento exacto de la evaporación. ¿Por qué?
Una ilusión óptica domina a Kirill. La luz emitida en el horizonte de sucesos tarda mucho en llegar a su amigo. Si el agujero dura para siempre, entonces la luz puede viajar indefinidamente y Kirill no esperará la transición. Pero si el agujero se ha evaporado, nada detendrá la luz y llegará al hombre en el momento de la explosión de radiación. Pero ya no te importa, porque moriste en la singularidad hace mucho tiempo.
Las fórmulas de la teoría general de la relatividad tienen una característica interesante: la simetría en el tiempo. Por ejemplo, en cualquier ecuación puedes imaginar que el tiempo fluye hacia atrás y obtiene una solución diferente, pero aún correcta. Si aplicamos este principio a los agujeros negros, nace un agujero blanco.
Un agujero negro es un área definida de la que nada puede escapar. Pero la segunda opción es un agujero blanco en el que nada puede caer. De hecho, ella lo rechaza todo. Aunque desde un punto de vista matemático todo parece ir bien, esto no prueba su existencia en la naturaleza. Lo más probable es que no haya ninguno y no haya forma de averiguarlo.
Hasta este punto hemos hablado de los clásicos de los agujeros negros. No giran y no tienen carga eléctrica. Pero en la versión contraria comienza lo más interesante. Por ejemplo, puedes entrar pero evitar la singularidad. Además, su "interior" es capaz de contactar con un agujero blanco. Es decir, te encontrarás en una especie de túnel, donde el agujero negro es la entrada y el agujero blanco es la salida. Esta combinación se llama agujero de gusano.
Curiosamente, un agujero blanco puede ubicarse en cualquier lugar, incluso en otro Universo. Si sabemos cómo controlar esos agujeros de gusano, proporcionaremos un transporte rápido a cualquier área del espacio. Y aún más interesante es la posibilidad de viajar en el tiempo.
Pero no empaques tu mochila hasta que sepas algunas cosas. Desafortunadamente, existe una alta probabilidad de que no existan tales formaciones. Ya hemos dicho que los agujeros blancos son una conclusión de fórmulas matemáticas y no un objeto real y confirmado. Y todos los agujeros negros observados crean materia que cae y no forman agujeros de gusano. Y la última parada es la singularidad.
¿Alguna vez has visto cómo aspiran un suelo? Si es así, ¿has notado cómo la aspiradora aspira polvo y pequeños restos como trozos de papel? Por supuesto que se dieron cuenta. Los agujeros negros hacen más o menos lo mismo que una aspiradora, pero en lugar de polvo, prefieren aspirar objetos más grandes: estrellas y planetas. Sin embargo, tampoco desdeñarán el polvo cósmico.
¿Cómo aparecen los agujeros negros?
Para entender de dónde vienen los agujeros negros, sería bueno saber qué es la presión de la luz. Resulta que la luz que incide sobre los objetos ejerce presión sobre ellos. Por ejemplo, si encendemos una bombilla en una habitación oscura, una fuerza de presión luminosa adicional comenzará a actuar sobre todos los objetos iluminados. Esta fuerza es muy pequeña y, por supuesto, en la vida cotidiana nunca podremos sentirla. La razón es que una bombilla es una fuente de luz muy débil. (En condiciones de laboratorio todavía se puede medir la presión luminosa de una bombilla; el físico ruso P. N. Lebedev fue el primero en hacerlo). Con las estrellas la situación es diferente. Mientras la estrella es joven y brilla intensamente, tres fuerzas luchan en su interior. Por un lado, la fuerza de gravedad, que tiende a comprimir la estrella hasta convertirla en un punto, empuja las capas exteriores hacia el interior, hacia el núcleo. Por otro lado, está la fuerza de la presión ligera y la fuerza de presión del gas caliente, que tiende a inflar la estrella. La luz producida en el núcleo de la estrella es tan intensa que empuja las capas externas de la estrella y equilibra la fuerza de gravedad empujándolas hacia el centro. A medida que una estrella envejece, su núcleo produce cada vez menos luz. Esto sucede porque durante la vida de una estrella se quema todo su suministro de hidrógeno, ya hemos escrito sobre esto. Si la estrella es muy grande, 20 veces más pesada que el Sol, entonces sus capas exteriores tienen una masa muy grande. Por lo tanto, en una estrella pesada, las capas externas comienzan a acercarse cada vez más al núcleo y toda la estrella comienza a contraerse. Al mismo tiempo, aumenta la fuerza gravitacional sobre la superficie de la estrella en contracción. Cuanto más se contrae una estrella, con más fuerza comienza a atraer la materia circundante. Con el tiempo, la gravedad de la estrella se vuelve tan monstruosamente fuerte que ni siquiera la luz que emite puede escapar. En ese momento la estrella se convierte en un agujero negro. Ya no emite nada, solo absorbe todo lo que hay cerca, incluida la luz. De él no sale ni un solo rayo de luz, por lo que nadie puede verlo, y por eso se llama agujero negro: todo es absorbido y nunca regresa.
¿Cómo se ve un agujero negro?
Si tú y yo estuviéramos al lado de un agujero negro, veríamos un disco luminoso bastante grande girando alrededor de una pequeña región del espacio completamente negra. Esta región negra es un agujero negro. Y el disco luminoso que lo rodea es materia que cae en el agujero negro. Un disco de este tipo se denomina disco de acreción. La gravedad de un agujero negro es muy fuerte, por lo que la materia aspirada en su interior se mueve con una aceleración muy alta y por eso comienza a irradiar. Al estudiar la luz procedente de dicho disco, los astrónomos pueden aprender mucho sobre el propio agujero negro. Otro signo indirecto de la existencia de un agujero negro es el movimiento inusual de las estrellas alrededor de una determinada región del espacio. La gravedad del agujero obliga a las estrellas cercanas a moverse en órbitas elípticas. Los astrónomos también registran estos movimientos de las estrellas.
Ahora la atención de los científicos se centra en el agujero negro situado en el centro de nuestra galaxia. El hecho es que una nube de hidrógeno con una masa aproximadamente 3 veces mayor que la de la Tierra se acerca al agujero negro. Esta nube ya ha comenzado a cambiar de forma debido a la gravedad del agujero negro, en los próximos años se estirará aún más y será arrastrada hacia el interior del agujero negro.
Nunca podremos ver los procesos que ocurren dentro de un agujero negro, por lo que sólo podemos contentarnos con observar el disco que rodea el agujero negro. Pero aquí también nos esperan muchas cosas interesantes. Quizás el fenómeno más interesante sea la formación de chorros de materia ultrarrápidos que escapan del centro de este disco. El mecanismo de este fenómeno aún está por dilucidar y es muy posible que alguno de ustedes cree una teoría para la formación de tales chorros. Por ahora, sólo podemos registrar los destellos de rayos X que acompañan a tales “disparos”.
Este vídeo muestra cómo un agujero negro captura gradualmente material de una estrella cercana. En este caso, se forma un disco de acreción alrededor del agujero negro y parte de su materia es expulsada al espacio a velocidades enormes. Esto genera una gran cantidad de radiación de rayos X, que es captada por un satélite que se mueve alrededor de la Tierra.
¿Cómo funciona un agujero negro?
Un agujero negro se puede dividir en tres partes principales. La parte exterior, siendo en la que aún puedes evitar caer en un agujero negro si te mueves a muy alta velocidad. Más profundo que la parte exterior hay un horizonte de sucesos: se trata de un límite imaginario, tras cruzar el cual el cuerpo pierde toda esperanza de regresar del agujero negro. Todo lo que está más allá del horizonte de sucesos no se puede ver desde el exterior, porque debido a la fuerte gravedad, ni siquiera la luz que se mueve desde el interior podrá volar más allá. Se cree que en el mismo centro de un agujero negro hay una singularidad, una región del espacio de un volumen diminuto en la que se concentra una masa enorme, el corazón del agujero negro.
¿Es posible volar hasta un agujero negro?
A gran distancia, la atracción de un agujero negro es exactamente la misma que la atracción de una estrella ordinaria con la misma masa que el agujero negro. A medida que te acerques al horizonte de sucesos, la atracción se hará cada vez más fuerte. Por lo tanto, puedes volar hasta un agujero negro, pero es mejor mantenerte alejado de él para poder regresar. Los astrónomos tuvieron que observar cómo un agujero negro succionaba hacia dentro una estrella cercana. Puedes ver cómo era en este vídeo:
¿Se convertirá nuestro Sol en un agujero negro?
No, no girará. La masa del Sol es demasiado pequeña para ello. Los cálculos muestran que para convertirse en un agujero negro, una estrella debe ser al menos 4 veces más masiva que el Sol. En cambio, el Sol se convertirá en una gigante roja y se inflará hasta alcanzar aproximadamente el tamaño de la órbita de la Tierra antes de desprenderse de su capa exterior y convertirse en una enana blanca. Definitivamente te contaremos más sobre la evolución del Sol.
De todos los objetos conocidos por la humanidad que se encuentran en el espacio exterior, los agujeros negros causan la impresión más inquietante e incomprensible. Este sentimiento invade a casi todas las personas cuando se mencionan los agujeros negros, a pesar de que la humanidad los conoce desde hace más de siglo y medio. Los primeros conocimientos sobre estos fenómenos se obtuvieron mucho antes de las publicaciones de Einstein sobre la teoría de la relatividad. Pero no hace mucho tiempo se recibió una confirmación real de la existencia de estos objetos.
Por supuesto, los agujeros negros son legítimamente famosos por sus extrañas características físicas, que dan lugar a aún más misterios en el Universo. Desafían fácilmente todas las leyes cósmicas de la física y la mecánica cósmica. Para comprender todos los detalles y principios de la existencia de un fenómeno como un agujero cósmico, debemos familiarizarnos con los avances modernos en astronomía y usar nuestra imaginación, además, tendremos que ir más allá de los conceptos estándar; Para facilitar la comprensión y el conocimiento de los agujeros cósmicos, el portal ha preparado mucha información interesante sobre estos fenómenos en el Universo.
Características de los agujeros negros desde el sitio del portal.
En primer lugar, cabe señalar que los agujeros negros no surgen de la nada, se forman a partir de estrellas de tamaño y masa gigantescas. Además, la característica más importante y la singularidad de cada agujero negro es que tienen una atracción gravitacional muy fuerte. La fuerza de atracción de los objetos hacia un agujero negro supera la segunda velocidad de escape. Estos indicadores de gravedad indican que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar del campo de acción de un agujero negro, ya que tienen una velocidad mucho menor.
La peculiaridad de la atracción es que atrae todos los objetos que se encuentran muy cerca. Cuanto más grande sea el objeto que pase en las proximidades del agujero negro, más influencia y atracción recibirá. En consecuencia, podemos concluir que cuanto más grande es el objeto, más fuerte es atraído por el agujero negro y, para evitar tal influencia, el cuerpo cósmico debe tener velocidades de movimiento muy altas.
También es seguro señalar que en todo el Universo no existe ningún cuerpo que pueda evitar la atracción de un agujero negro si se encuentra muy cerca, ya que ni siquiera el flujo de luz más rápido puede escapar de esta influencia. La teoría de la relatividad, desarrollada por Einstein, es excelente para comprender las características de los agujeros negros. Según esta teoría, la gravedad puede influir en el tiempo y distorsionar el espacio. También afirma que cuanto más grande es un objeto situado en el espacio exterior, más ralentiza el tiempo. En las proximidades del propio agujero negro, el tiempo parece detenerse por completo. Si una nave espacial entrara en el campo de acción de un agujero espacial, se observaría cómo se ralentizaría a medida que se acercara y, finalmente, desaparecería por completo.
No hay que tener demasiado miedo de fenómenos como los agujeros negros y creer en toda la información no científica que pueda existir en este momento. En primer lugar, debemos disipar el mito más común de que los agujeros negros pueden absorber toda la materia y los objetos que los rodean y, a medida que lo hacen, crecen y absorben más y más. Nada de esto es del todo cierto. Sí, efectivamente, pueden absorber cuerpos y materia cósmica, pero sólo aquellos que se encuentran a cierta distancia del propio agujero. Aparte de su poderosa gravedad, no se diferencian mucho de las estrellas ordinarias con masa gigantesca. Incluso cuando nuestro Sol se convierta en un agujero negro, sólo podrá absorber objetos situados a corta distancia y todos los planetas seguirán girando en sus órbitas habituales.
Volviendo a la teoría de la relatividad, podemos concluir que todos los objetos con fuerte gravedad pueden influir en la curvatura del tiempo y el espacio. Además, cuanto mayor sea la masa corporal, más fuerte será la distorsión. Así, recientemente, los científicos pudieron comprobar esto en la práctica, cuando pudieron contemplar otros objetos que deberían haber sido inaccesibles a nuestros ojos debido a enormes cuerpos cósmicos como las galaxias o los agujeros negros. Todo esto es posible debido al hecho de que los rayos de luz que pasan cerca de un agujero negro u otro cuerpo se doblan muy fuertemente bajo la influencia de su gravedad. Este tipo de distorsión permite a los científicos mirar mucho más allá del espacio exterior. Pero con tales estudios es muy difícil determinar la ubicación real del cuerpo en estudio.
Los agujeros negros no aparecen de la nada; se forman por la explosión de estrellas supermasivas. Además, para que se forme un agujero negro, la masa de la estrella que explotó debe ser al menos diez veces mayor que la masa del Sol. Cada estrella existe debido a reacciones termonucleares que tienen lugar en su interior. En este caso, durante el proceso de fusión se libera una aleación de hidrógeno, pero no puede salir del área de influencia de la estrella, ya que su gravedad atrae el hidrógeno de regreso. Todo este proceso permite que las estrellas existan. La síntesis de hidrógeno y la gravedad de las estrellas son mecanismos que funcionan bastante bien, pero la alteración de este equilibrio puede provocar una explosión estelar. En la mayoría de los casos, se debe al agotamiento del combustible nuclear.
Dependiendo de la masa de la estrella, son posibles varios escenarios para su desarrollo después de la explosión. Así, las estrellas masivas forman el campo de una explosión de supernova, y la mayoría de ellas permanecen detrás del núcleo de la antigua estrella, los astronautas llaman a estos objetos Enanas Blancas; En la mayoría de los casos, alrededor de estos cuerpos se forma una nube de gas que se mantiene en su lugar gracias a la gravedad del enano. También es posible otra vía para el desarrollo de estrellas supermasivas, en la que el agujero negro resultante atraerá muy fuertemente toda la materia de la estrella hacia su centro, lo que provocará su fuerte compresión.
Estos cuerpos comprimidos se llaman estrellas de neutrones. En los casos más raros, después de la explosión de una estrella, es posible la formación de un agujero negro, según nuestra comprensión aceptada de este fenómeno. Pero para que se cree un agujero, la masa de la estrella debe ser sencillamente gigantesca. En este caso, cuando se altera el equilibrio de las reacciones nucleares, la gravedad de la estrella simplemente se vuelve loca. Al mismo tiempo, comienza a colapsar activamente, después de lo cual se convierte en solo un punto en el espacio. En otras palabras, podemos decir que la estrella como objeto físico deja de existir. A pesar de que desaparece, detrás de él se forma un agujero negro con la misma gravedad y masa.
Es el colapso de las estrellas lo que lleva a que desaparezcan por completo, y en su lugar se forma un agujero negro con las mismas propiedades físicas que la estrella desaparecida. La única diferencia es el mayor grado de compresión del agujero que el volumen de la estrella. La característica más importante de todos los agujeros negros es su singularidad, que determina su centro. Esta zona desafía todas las leyes de la física, la materia y el espacio, que dejan de existir. Para entender el concepto de singularidad, podemos decir que se trata de una barrera que se llama horizonte de sucesos cósmicos. También es el límite exterior del agujero negro. La singularidad se puede llamar el punto de no retorno, ya que es allí donde comienza a actuar la gigantesca fuerza gravitacional del agujero. Incluso la luz que cruza esta barrera no puede escapar.
El horizonte de sucesos tiene un efecto tan atractivo que atrae a todos los cuerpos a la velocidad de la luz; a medida que te acercas al agujero negro, los indicadores de velocidad aumentan aún más. Es por eso que todos los objetos que caen dentro del alcance de esta fuerza están condenados a ser absorbidos por el agujero. Cabe señalar que tales fuerzas son capaces de modificar un cuerpo atrapado por la acción de dicha atracción, después de lo cual se estiran formando una fina cuerda y luego dejan de existir por completo en el espacio.
La distancia entre el horizonte de sucesos y la singularidad puede variar; este espacio se denomina radio de Schwarzschild. Por eso, cuanto mayor sea el tamaño del agujero negro, mayor será su radio de acción. Por ejemplo, podemos decir que un agujero negro tan masivo como nuestro Sol tendría un radio de Schwarzschild de tres kilómetros. En consecuencia, los agujeros negros grandes tienen un alcance mayor.
Encontrar agujeros negros es un proceso bastante difícil porque la luz no puede escapar de ellos. Por tanto, la búsqueda y definición se basan únicamente en pruebas indirectas de su existencia. El método más sencillo que utilizan los científicos para encontrarlos es buscarlos encontrando lugares en el espacio oscuro si tienen una gran masa. En la mayoría de los casos, los astrónomos logran encontrar agujeros negros en sistemas estelares binarios o en los centros de galaxias.
La mayoría de los astrónomos se inclinan a creer que también hay un agujero negro superpoderoso en el centro de nuestra galaxia. Esta afirmación plantea la pregunta: ¿podrá este agujero tragarse todo lo que hay en nuestra galaxia? En realidad esto es imposible, ya que el agujero en sí tiene la misma masa que las estrellas, porque está creado a partir de la estrella. Además, todos los cálculos de los científicos no predicen ningún evento global relacionado con este objeto. Además, durante otros miles de millones de años, los cuerpos cósmicos de nuestra galaxia girarán silenciosamente alrededor de este agujero negro sin ningún cambio. La evidencia de la existencia de un agujero en el centro de la Vía Láctea puede provenir de las ondas de rayos X registradas por los científicos. Y la mayoría de los astrónomos se inclinan a creer que los agujeros negros los emiten activamente en grandes cantidades.
Muy a menudo en nuestra galaxia hay sistemas estelares formados por dos estrellas y, a menudo, una de ellas puede convertirse en un agujero negro. En esta versión, el agujero negro absorbe todos los cuerpos a su paso, mientras la materia comienza a girar a su alrededor, por lo que se forma el llamado disco de aceleración. Una característica especial es que aumenta la velocidad de rotación y se acerca al centro. Es la materia que cae en medio del agujero negro la que emite rayos X y la materia misma se destruye.
Los sistemas estelares binarios son los primeros candidatos al estatus de agujero negro. En tales sistemas es más fácil encontrar un agujero negro; gracias al volumen de la estrella visible, es posible calcular los indicadores de su hermano invisible. Actualmente, el primer candidato para el estatus de agujero negro puede ser una estrella de la constelación de Cygnus, que emite activamente rayos X.
Concluyendo de todo lo anterior sobre los agujeros negros, podemos decir que no son fenómenos tan peligrosos, por supuesto, en el caso de una gran proximidad, son los objetos más poderosos del espacio exterior debido a la fuerza de la gravedad; Por tanto, podemos decir que no se diferencian especialmente de otros cuerpos; su característica principal es un fuerte campo gravitacional.
Se han propuesto una gran cantidad de teorías sobre el propósito de los agujeros negros, algunas de las cuales eran incluso absurdas. Así, según uno de ellos, los científicos creían que los agujeros negros pueden dar origen a nuevas galaxias. Esta teoría se basa en que nuestro mundo es un lugar bastante favorable para el origen de la vida, pero si uno de los factores cambia, la vida sería imposible. Debido a esto, la singularidad y las peculiaridades de los cambios en las propiedades físicas de los agujeros negros pueden dar lugar a un Universo completamente nuevo, que será significativamente diferente del nuestro. Pero esto es sólo una teoría y bastante débil debido al hecho de que no hay evidencia de tal efecto de los agujeros negros.
En cuanto a los agujeros negros, no sólo pueden absorber materia, sino que también pueden evaporarse. Un fenómeno similar se demostró hace varias décadas. Esta evaporación puede hacer que el agujero negro pierda toda su masa y luego desaparezca por completo.
Todo esto es el más mínimo dato sobre los agujeros negros que puedes encontrar en la web del portal. También disponemos de una enorme cantidad de información interesante sobre otros fenómenos cósmicos.
El concepto de agujero negro es conocido por todos: desde los escolares hasta los ancianos, se utiliza en la literatura de ciencia y ficción, en los medios de comunicación amarillos y en conferencias científicas; Pero no todo el mundo sabe qué son exactamente esos agujeros.
De la historia de los agujeros negros.
1783 La primera hipótesis sobre la existencia de un fenómeno como un agujero negro fue propuesta en 1783 por el científico inglés John Michell. En su teoría, combinó dos creaciones de Newton: la óptica y la mecánica. La idea de Michell era la siguiente: si la luz es una corriente de partículas diminutas, entonces, como todos los demás cuerpos, las partículas deberían experimentar la atracción de un campo gravitacional. Resulta que cuanto más masiva es la estrella, más difícil le resulta a la luz resistir su atracción. Trece años después de Michell, el astrónomo y matemático francés Laplace propuso (probablemente independientemente de su colega británico) una teoría similar.
1915 Sin embargo, todas sus obras quedaron sin reclamar hasta principios del siglo XX. En 1915, Albert Einstein publicó la Teoría de la Relatividad General y demostró que la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo causada por la materia, y unos meses después, el astrónomo y físico teórico alemán Karl Schwarzschild la utilizó para resolver un problema astronómico concreto. Exploró la estructura del espacio-tiempo curvo alrededor del Sol y redescubrió el fenómeno de los agujeros negros.
(John Wheeler acuñó el término "agujeros negros")
1967 El físico estadounidense John Wheeler describió un espacio que se puede arrugar, como un trozo de papel, hasta formar un punto infinitesimal y lo denominó "agujero negro".
1974 El físico británico Stephen Hawking demostró que los agujeros negros, aunque absorben materia sin retorno, pueden emitir radiación y eventualmente evaporarse. Este fenómeno se llama "radiación de Hawking".
Hoy en día. Las últimas investigaciones sobre púlsares y quásares, así como el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas, han permitido por fin describir el concepto mismo de agujero negro. En 2013, la nube de gas G2 se acercó mucho al Agujero Negro y probablemente será absorbida por él; las observaciones de este proceso único brindarán enormes oportunidades para nuevos descubrimientos de las características de los agujeros negros.
¿Qué son realmente los agujeros negros?
Una explicación lacónica del fenómeno es la siguiente. Un agujero negro es una región del espacio-tiempo cuya atracción gravitacional es tan fuerte que ningún objeto, incluidos los cuantos de luz, puede salir de ella.
El agujero negro alguna vez fue una estrella masiva. Mientras las reacciones termonucleares mantengan una alta presión en sus profundidades, todo seguirá normal. Pero con el tiempo, el suministro de energía se agota y el cuerpo celeste, bajo la influencia de su propia gravedad, comienza a encogerse. La etapa final de este proceso es el colapso del núcleo estelar y la formación de un agujero negro.
- 1. Un agujero negro expulsa un chorro a gran velocidad
- 2. Un disco de materia se convierte en un agujero negro.
- 3. Agujero negro
- 4. Diagrama detallado de la región del agujero negro.
- 5. Tamaño de las nuevas observaciones encontradas
La teoría más común es que existen fenómenos similares en todas las galaxias, incluido el centro de nuestra Vía Láctea. La enorme fuerza gravitacional del agujero es capaz de mantener a varias galaxias a su alrededor, evitando que se alejen unas de otras. El “área de cobertura” puede ser diferente, todo depende de la masa de la estrella que se convirtió en un agujero negro, y puede ser de miles de años luz.
radio de Schwarzschild
La principal propiedad de un agujero negro es que cualquier sustancia que caiga en él nunca podrá regresar. Lo mismo se aplica a la luz. En esencia, los agujeros son cuerpos que absorben completamente toda la luz que incide sobre ellos y no emiten ninguna propia. Estos objetos pueden aparecer visualmente como coágulos de oscuridad absoluta.
- 1. Mover la materia a la mitad de la velocidad de la luz.
- 2. Anillo de fotones
- 3. Anillo de fotones interior
- 4. Horizonte de sucesos en un agujero negro
Según la Teoría General de la Relatividad de Einstein, si un cuerpo se acerca a una distancia crítica del centro del agujero, ya no podrá regresar. Esta distancia se llama radio de Schwarzschild. No se sabe con certeza qué sucede exactamente dentro de este radio, pero existe la teoría más común. Se cree que toda la materia de un agujero negro se concentra en un punto infinitesimal, y en su centro hay un objeto con densidad infinita, lo que los científicos llaman perturbación singular.
¿Cómo ocurre caer en un agujero negro?
(En la imagen, el agujero negro Sagitario A* parece un cúmulo de luz extremadamente brillante)
No hace mucho, en 2011, los científicos descubrieron una nube de gas, a la que llamaron simplemente G2, que emite una luz inusual. Este brillo puede deberse a la fricción en el gas y el polvo causada por el agujero negro Sagitario A*, que lo orbita como un disco de acreción. Así nos convertimos en observadores del sorprendente fenómeno de la absorción de una nube de gas por un agujero negro supermasivo.
Según estudios recientes, el máximo acercamiento al agujero negro se producirá en marzo de 2014. Podemos recrear una imagen de cómo se desarrollará este emocionante espectáculo.
- 1. Cuando aparece por primera vez en los datos, una nube de gas se parece a una enorme bola de gas y polvo.
- 2. Ahora, en junio de 2013, la nube se encuentra a decenas de miles de millones de kilómetros del agujero negro. Cae dentro de él a una velocidad de 2500 km/s.
- 3. Se espera que la nube pase por el agujero negro, pero las fuerzas de marea causadas por la diferencia de gravedad que actúa sobre los bordes anterior y posterior de la nube harán que ésta adopte una forma cada vez más alargada.
- 4. Después de que la nube se rompa, la mayor parte probablemente fluirá hacia el disco de acreción alrededor de Sagitario A*, generando ondas de choque en él. La temperatura aumentará a varios millones de grados.
- 5. Parte de la nube caerá directamente al agujero negro. Nadie sabe exactamente qué pasará a continuación con esta sustancia, pero se espera que a medida que caiga emita potentes corrientes de rayos X y nunca más se vuelva a ver.
Vídeo: agujero negro se traga una nube de gas
(Simulación por computadora de qué parte de la nube de gas G2 sería destruida y consumida por el agujero negro Sagitario A*)
¿Qué hay dentro de un agujero negro?
Existe una teoría que afirma que un agujero negro está prácticamente vacío por dentro y que toda su masa está concentrada en un punto increíblemente pequeño ubicado en su centro: la singularidad.
Según otra teoría, que existe desde hace medio siglo, todo lo que cae en un agujero negro pasa a otro universo situado en el propio agujero negro. Ahora bien, esta teoría no es la principal.
Y hay una tercera teoría, la más moderna y tenaz, según la cual todo lo que cae en un agujero negro se disuelve en las vibraciones de las cuerdas en su superficie, que se denomina horizonte de sucesos.
Entonces, ¿qué es un horizonte de sucesos? Es imposible mirar el interior de un agujero negro incluso con un telescopio superpoderoso, ya que ni siquiera la luz que entra en el gigantesco embudo cósmico tiene posibilidades de regresar. En sus inmediaciones se encuentra todo lo que se puede considerar al menos de alguna manera.
El horizonte de sucesos es una línea superficial convencional bajo la cual nada (ni gas, ni polvo, ni estrellas, ni luz) puede escapar. Y este es el misterioso punto de no retorno en los agujeros negros del Universo.
