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 Los agujeros negros

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fidelleandro
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MensajeTema: Los agujeros negros   Lun Mayo 17, 2010 5:08 pm



Cuando en la primera década del siglo XX (1905 para ser más
exactos) Albert Einstein publicó la teoría de la relatividad muy pocos
pudieron visualizar el gran impacto que ésta teoría podría tener en la
física y en el entendimiento de los fenómenos estelares. Con la
observación de un eclipse solar en 1919 se corroboró que su teoría
tenía grandes bases para poder entender mejor al universo. Si bien
Einstein no recibió por éste trabajo el premio Nóbel de física al menos
brindó a los astrónomos la posibilidad de poder entender los
descubrimientos que se realizarían en las décadas posteriores. Uno de
éstos descubrimientos fue la existencia de los agujeros negros.


Los agujeros negros, vistos desde la perspectiva que nos brinda la
teoría de la relatividad y de las teorías que de ella se derivaron nos
muestran una inquietante visión de un universo que día a día nos
sorprende más, con estrellas evolucionando, planetas que podrían
albergar vida y un misterioso comportamiento en el interior de los
agujeros negros en donde las cosas no pueden ser explicadas con los
conocimientos que poseemos, pues allí dentro, ni la física ni las
matemáticas que conocemos (o que estamos conociendo) se cumplen.


El sólo hecho de saber que las cosas tal como las conocemos no
funcionan siguiendo nuestra lógica convierte de por sí a los agujeros
negros en un fenómeno más que interesante. ¿Te puedes imaginar poder
tener un movimiento cuya distancia no puede ser medida? ¿O tal vez
imaginar un disco compacto con cinco caras y que pueda ser a la vez
bidimensional?. Cosas tan extrañas como las que han sido mencionadas
son las que provocan el interés en los agujeros negros.


¿Qué pasará con los agujeros negros en el universo?, ¿cómo se
comportan y qué tamaño tienen?, ¿un agujero negro acabará con la
existencia del universo tal como lo conocemos? éstas preguntas
frecuentes e inquietantes intentarán ser resueltas en los vínculos
siguientes y tratarán de mostrarte de manera simple lo que hasta ahora
conocemos acerca de los agujeros negros.





Definición:




Considerando lo complicado que podría resultar el intentar
explicar la naturaleza de los agujeros negros utilizando las
matemáticas (puesto que habría que entender la teoría general de la
relatividad de Albert Einstein) pasaremos a dar una explicación mucho
más sencilla de este fenómeno considerando a la gravedad con un
comportamiento clásico (el efecto de la manzana de Newton).


Siempre que el profesor de física nos aburría en su clase, a
alguno que otro osado no se le ocurría mejor cosa en que entretenerse
que el tirarle trozos de tiza a sus compañeros o si era demasiado
intrépido lo dirigía hacia adelante. Bueno, si bien esto último sólo se
dio una vez en toda mi vida de escolar y universitario, era típico ver
que en ocasiones la tiza llegaba a su destino alcanzando en ocasiones
mayor o menor altura. Ahora bien, asumamos que el chiste hubiera
consistido en ver quien lanzaba la tiza más alto, lo que esperaríamos
es que quien la lance con menor fuerza no sólo perdería sino que en su
intento la tiza sólo se elevaría unos cuantos centímetros y rápidamente
perdería velocidad hacia arriba y empezaría a caer, lo primero que se
nos vendría a la mente es que empezaría a caer con una aceleración
igual a la de la gravedad (que en nuestro planeta es de 9,81 m./s2).
Hasta aquí no hay nada de otro mundo, todo sigue las reglas físicas que
nos han enseñado (o que nos quisieron enseñar). Aja, pero aquí surge la
posibilidad de que alguien pueda lanzarla muy fuerte, tan fuerte que no
llegaría a caer (si, no te asustes, ahora te lo explico), si alguien
lograra lanzarla tan fuerte que lograra escapar al campo de acción de
la fuerza gravitatoria entonces la tiza nunca caería hacia la tierra,
este es el principio de los lanzamientos de transbordadores espaciales,
la velocidad que requieres para lograr esto se denomina "velocidad de
escape" y lógicamente necesitarías mucha ayuda para alcanzarla con sólo
tu brazo.


Ahora bien, esta velocidad de escape dependerá fuertemente de la
masa del planeta y de su densidad (no me preguntes por qué, asúmelo
nomás), de manera que, si la masa posee una alta densidad (es decir
posee mayor cantidad de kilogramos por centímetro cúbico) entonces la
gravedad será mayor, un planeta con menor densidad tendrá entonces una
menor fuerza gravitatoria. Ahora, volviendo a la velocidad de escape,
ésta variará dependiendo de cuan lejos te encuentres del centro del
cuerpo o planeta (por ejemplo no es lo mismo lanzar la tiza en Viña del
Mar, Chile al nivel del mar que hacerlo en Cerro de Pasco, Perú a 4400
metros sobre el nivel del mar, como supondrás en Cerro de Pasco será
más fácil porque estarás más lejos del centro de la tierra y la
velocidad de escape será un poco menor). Otra cuestión adicional, para
que te des una idea de las diferencias entre velocidades de escape en
la tierra es de 11,2 Km./s mientras que en la luna (menos denso) es de
2,4 Km./s (¡una relación de casi 5 a 1!) por ello cuando vemos alguna
películas o documentales vemos que las misiones a la Luna llevaban
pesadísimos uniformes que compensaban esta baja velocidad, de lo
contrario con un salto fuerte hubieran salido despedidos de la luna
rumbo al infinito (y mas allá...sic!).


Pues entonces vamos a imaginar ahora que existe un cuerpo (y de
hecho existe), que posee un radio diminuto pero con una gran
concentración de masa (por ejemplo, imagínate inicialmente un botón de
tu camisa o tu polo y haz de cuenta que pesa tanto como un camión de
carga, digamos 6 toneladas, definitivamente no lo podrías cargar, es
más no podrías ni andar ni siquiera ponerte la camisa), pues bien, si
esa te parece una idea extremista imagínate un cuerpo en el espacio,
con un radio diminuto y a este cuerpo otórgale una concentración de
masa tan grande que la velocidad de escape que de ella se origine sea
igual o mayor a la velocidad de la luz. ¿Crees que algún rayo de luz
escapará a esta velocidad de escape, es decir algún objeto podrá romper
la gravedad de este cuerpo?... IMPOSIBLE, porque la velocidad de escape
necesaria es la mayor conocida hasta la actualidad: la de la luz, nada
puede viajar más rápido, entonces, este cuerpo que haz imaginado pasa a
no poder emitir ni reflejar luz, ¿qué ocurre entonces? desaparece de la
vista humana, pero al poseer una enorme gravedad empieza a atraer hacia
si a los cuerpos que estén en sus proximidades. Bueno, si hasta aquí
entendiste entonces, no necesito decirte que ese cuerpo se ha
convertido en un AGUJERO NEGRO.








El bautizo


La denominación "Agujero negro" es atribuida a John Archibald
Wheeler, y la utilizó básicamente porque dicho fenómeno no es visible a
la vista y a que traga todo lo que está próximo a él como si fuera un
hoyo al que todos caen indefectiblemente. Antes de este nombre poseía
diversas denominaciones como "estrella congelada", "ojo del diablo",
entre otros.


Buscando padrinos


La evolución de su nombre ha ido de la mano con el entendimiento
de dicho fenómeno que de por sí resulta fascinante. Ya en 1783 John
Michell planteó la idea de lo que sucedería con una estrella súper
masiva la cual poseería una gravedad tan grande que ni la misma luz
escaparía a su gravedad. Pero no fue hasta 150 años después que el
astrónomo de origen bávaro Karl Schwarzchild consiguió explicar
matemáticamente el fenómeno de los agujeros negros; para ello se apoyó
en los estudios de relatividad que realizó Albert Einstein. A partir de
ese estudio es que se crea la variable del radio de Schwarzchild el
cual determina un radio de horizonte de sucesos en el que la masa de un
cuerpo puede ser comprimida para formar un agujero negro. Pero el
inconveniente es que con esta teoría los recientemente denominados
agujeros negros sólo eran conocidos como fenómenos sin carga ni
rotación.


En 1963 el físico y matemático Roy Kerr describió el
comportamiento teórico de un agujero negro en rotación. Su modelo
predecía una rotación constante en velocidad, siendo la forma y el
tamaño dependientes de la velocidad de rotación y de la masa del
agujero. El modelo indicaba también una relación directa entre la
velocidad y el grado de deformación que el agujero poseía considerando
que todo cuerpo que formara el agujero negro llegaría indefectiblemente
a un estado estacionario.


Se incrementa el interés


Es así como los agujeros negros (aún no bautizados) suscitan el
interés de los más eminentes científicos y matemáticos de nuestro
mundo. Stephen Hawking conjuntamente con Roger Penrose define al
agujero negro como "un conjunto de sucesos del cual nada es posible
escapar a gran distancia". Aquí se hace popular la palabra
"singularidad" la cual se utiliza para describir en una palabra las
condiciones sumamente especiales en las que se encuentran la densidad y
el espacio - tiempo. Penrose define el término "singularidad desnuda"
como el estado en donde la densidad y el espacio - tiempo son
infinitas, este estado sólo se dá dentro de un agujero negro. Otros
científicos inmersos en el estudio de los agujeros negros fueron (antes
de su denominación) Carl Sagan, Werner Israel, Richard Feynman, entre
otros.


Y finalmente ... un nombre


No fue hasta luego de diversos estudios e infinidad de
descubrimientos que finalmente en 1969 el científico John Weeler acuñó
el término "AGUJERO NEGRO" desde el punto de vista de la naturaleza de
la luz (onda - partícula). Esto debido a la fascinante idea de una
gravedad casi infinita de la que no escapa nada (ni siquiera la luz).









Los agujeros negros se forman a partir de estrellas moribundas las
cuales luego de un proceso natural empiezan a acumular una enorme
concentración de masa en un radio mínimo de manera que la velocidad de
escape de esta estrella es mayor que la velocidad de la luz. A partir
de esto la ex estrella no permite que nada se escape a su campo
gravitatorio, inclusive la luz no puede escapar de ella. Para entender
con mayor claridad lo anteriormente escrito es conveniente que
estudiemos las fases en la formación de una estrella:


Formación de estrellas - El límite de Chandrasekhar


Para empezar, no todas las estrellas se pueden convertir en
agujeros negros, para ello deben de cumplir ciertos requisitos como por
ejemplo el tamaño, tiempo de vida, entre otras características.


Las estrellas se forman a partir de grandes concentraciones de gas,
principalmente hidrógeno, por efectos gravitatorios los átomos que
conforman estos gases empezarán a colapsar unos contra otros
contrayéndose y generando un calentamiento del gas, el calor poco a
poco se incrementará llegando a generarse reacciones importantes entre
los átomos (transformación de moléculas de Hidrógeno en Helio). Estas
reacciones provocan emanaciones de energía altísimas que le dan a las
estrellas la luminosidad característica. Todo esto ocurre hasta un
momento en que los átomos llegan a alcanzar un equilibrio a partir del
cual dejan de contraerse. El Sol se encuentra en estos momentos en este
equilibrio, en el que no existe ningún tipo de contracción por parte de
sus componentes.


Ahora bien, durante el período de tiempo que toma el proceso de
contracción de los átomos la estrella sigue acumulando más gases y
crece en tamaño, este tamaño fue estudiado por Subrahmanyan
Chandrasekhar, quien indicó el tamaño máximo que una estrella puede
alcanzar antes de llegar a consumir todo su combustible natural.
Chandrasekhar descubrió el límite al cual una estrella puede crecer de
manera que su masa pueda llegar a ser tal que la estrella llegue al
límite de soporte de su gravedad. (Esto puede resultar un poco
complicado de explicar así que tómalo con calma). ¿Qué significa lo
anterior? que si la estrella es muy grande su gravedad podría provocar
que esta "se derrumbe sobre sí misma" (para entenderlo piensa en un
huevo cayendo a 400 metros de profundidad bajo el mar, lo que sucedería
es que el huevo se rompería por efecto de la presión del agua la cual
se ejerce de manera perpendicular sobre la superficie del huevo antes
de caer al fondo del mar).


Bueno, sucede entonces que este señor Chandrasekhar calculó
matemáticamente que la masa crítica de una estrella sería igual a 1,5
veces la masa del sol a ésta masa se le denomina el límite de
Chandrasekhar, por debajo de éste límite encontramos a las enanas
blancas y las estrellas de neutrones mientras que por encima de ese
límite... bueno no fue hasta 1939 que se logró explicar que sucedería
con una estrella con una masa mayor a la del límite de Chandrasekhar,
esa estrella poseería un campo gravitatorio tan fuerte que los rayos de
luz emanados de la estrella empiezan a irradiarse hacia la superficie
(como un boomerang), poco a poco los rayos de luz se inclinan con mayor
fuerza hacia la misma estrella de la cual emanan. A lo lejos un
observador contemplará como la estrella pierde luminosidad tornándose
roja (un efecto parecido a cuando las baterías de una lámpara se van
acabando de a pocos), Cuando la estrella llegue a alcanzar un radio
crítico el campo gravitatorio crecerá de manera exponencial llegando
finalmente a atrapar a la misma luz dentro de ella.


En este instante el agujero negro ha sido creado y su presencia sólo puede ser notada por la emisión de rayos X que provoca.








Bueno, no existen registros de que alguien haya podido detectar un
agujero negro con telescopios comunes, lo que se hace normalmente es
utilizar medidores de rayos X para detectarlos pues los agujeros negros
son grandes emisores de estos rayos debido a la pérdida superficial de
materia por parte de un cuerpo que es absorbido por un agujero negro,
también son detectados debido al efecto que tienen sobre los cuerpos
visibles que se encuentran alrededor de estos agujeros negros.


Detectando un Agujero Negro





En la foto arriba mostrada apreciamos como puede ser detectado un
agujero negro; Nota el brillo que está distanciado del punto verde
(centro de la galaxia M82) en la zona central izquierda de la foto, a
600 años luz. El patrón de variabilidad de emisión de rayos X por parte
de la fuente indica que se trata de un agujero negro.


La foto es la primera evidencia tangible de la presencia de
agujeros negros fuera del centro de cualquier galaxia, y se cree que
representa una nueva especie de agujero negro formado por el colapso de
una "hiperestrella" (estrella masiva) formada por la coalición de
varias estrellas.


Estas fotos fueron captadas por el radioscopio Chandra, el
cual tuvo captado el objetivo (galaxia M82) por aproximadamente 30
horas.


Chandra X-ray Observatory HRC images above.


Escala: 30 arcseg.








Relatividad y agujeros negros


Hasta el momento, (si es que has seguido el orden del menú de la
izquierda), hemos podido ver a grosso modo qué es un agujero negro,
hemos revisado un poco de la historia de cómo fue que se encontró un
término apropiado a este fenómeno, hemos visto como se forman (recuerda
siempre a Chandrasekhar), hemos visto inclusive con un caso práctico
como es que son detectados, y hemos entrado a la polémica de cómo es
que pueden ser medidos. Pues bien, a partir de aquí las cosas van a
tratar de ser un poco más profundas, dado que no podemos decir que
conocemos de agujeros negros si es que no hemos entendido a cabalidad
su relación con la teoría de la relatividad general (olvídate de Newton
si quieres entenderlo). Así que abróchate los cinturones y sigue
leyendo.


Hemos visto que un agujero negro es un fenómeno cuya característica
más saltante es la gravedad casi infinita que posee, sabemos que es tan
grande que ni siquiera la luz puede escapar, pero la idea se rompe si
es que queremos entenderlo con la física básica que nos brindaron en el
colegio. La teoría general de la relatividad describe a la gravedad
como una manifestación de la curvatura del espacio - tiempo. Cuanto más
masivo sea un objeto mayor será su influencia sobre el espacio y el
tiempo, si hablamos de casos límites un objeto masivo distorsionará al
espacio - tiempo de tal manera que las reglas geométricas que conocemos
dejarían de aplicarse.


El entendimiento de qué pueda ocurrir en un agujero negro (hablamos
claro de lo que pasaría al pasar el horizonte de sucesos) es pura
especulación puesto que al no cumplirse ninguna ley física no podemos
ni siquiera predecir que ambiente existirá. Es como querer saber cómo
era todo antes del Big Bang, es decir, ¡sólo Dios lo sabe!.
Supuestamente la teoría de la relatividad especial puede predecir que
ocurre hasta llegar a ese horizonte de sucesos, sencillamente todo
movimiento deja de existir (incluido el paso del tiempo) pero la
veracidad de dicha teoría se puso en mayo del 2000 en tela de juicio
pues un grupo de científicos realizaron un experimento en un túnel
cuántico en donde demostraron que los fotones pueden viajar más rápido
que la luz. Esto revoluciona todo lo hasta ahora conocido.... significa
que nuestro entendimiento sobre el comportamiento físico cerca al
horizonte de sucesos puede no ser como lo predice la teoría de
Einstein.


La teoría de la relatividad habla acerca de que la gravedad afecta
al tiempo pues afecta a la velocidad de la luz... bueno, mucho de lo
que se ha hablado parte de esa premisa, no se trata de algo tan
sencillo de aceptar considerando que en la actualidad existen dos
teorías dominantes en la física: la teoría cuántica y la teoría de la
relatividad, cada una irreconciliable en algunos puntos con la otra.
Sin embargo se piensa que muchos de los fenómenos descubiertos y
estudiados en los últimos tiempos como las singularidades parten
inevitablemente de la relatividad general.







Y se hizo la luz


Newton aseguraba que la luz, al poseer una naturaleza ondulatoria,
necesitaba un medio a través del cual desplazarse, pero debido a que no
se podía entender qué era lo que había entre los planetas y en general
e el cosmos extra atmosférico se definió la existencia de una materia
que permitía a la luz desplazarse en el espacio, a esta materia se le
denominó "éter" y aunque no se tenía pruebas de su existencia, esta era
necesaria para que la mecánica de Newton se cumpla también fuera del
planeta.


Era entonces necesario definir exactamente en qué consistía dicho
éter, se pensaba según la mecánica clásica que éste era un medio en
reposo absoluto. Esto tenía serias repercusiones sobre los planetas
puesto que consideraba que nuestro planeta se movía a través de éste
éter, por ello se debía de conocer a ciencia cierta cuál era la
velocidad de la tierra respecto de éste éter. Dado el reto no se esperó
mucho para que muchos científicos empezaran a realizar investigaciones
y experimentos para determinar la existencia del éter en la realidad;
fue así como en 1881 A.A. Michelson realizó un experimento que logró un
objetivo completamente distinto al trazado inicialmente.


Nadie sabe para quien trabaja


El razonamiento de Michelson fue que si la Tierra se desplazaba a
través de un éter entonces una especie de fuerza generada por el mismo
éter (Michelson le denominó "viento de éter"
debería de barrer la superficie terrestre, esto debería de originar un
cambio en la velocidad de la luz que viaja con el éter, es decir, con
el viento a favor la luz debería de tener una velocidad completamente
distinta a la de la que tendría si tuviera dicho viento en contra. Fue
entonces que se decidió a medir una distancia idéntica tanto a favor
como en contra del viento, de esa manera, al tener dos velocidades
distintas el éter demostraría su existencia.


Grande fue la sorpresa cuando se determinó que la velocidad de la
luz era la misma no importando siquiera que dirección se utilizara para
medirla, esto echó por la borda la existencia del éter y determinó que
la luz poseía una velocidad determinada y, al parecer constante.


Números imaginarios


Pero... ¿cuál era la velocidad límite?, puesto que la constancia
de la luz contradecía abiertamente las leyes newtonianas ¿cómo podíamos
explicar éste gran detalle?. Los estudios realizados por Hendrik Antón
Lorentz demostraban que debía de haber una ecuación de transformación
de coordenadas que reemplazaba la de Galileo que decía que el tiempo
permanecía constante para dos observadores, dichas ecuaciones tienen
las siguientes formas:


x' = (x - vt)/(1-ß2)½ » t' = (t - vx/c2)/(1-ß2)½


Donde:

x espacio recorrido por objeto A x' espacio recorrido por objeto A'

v velocidad de objeto A v' velocidad de objeto A'

t tiempo utilizado por objeto A t' tiempo utilizado por objeto A'

c velocidad de la luz ß relación v/c



De estas ecuaciones vemos que si existiera una velocidad mayor que
la de la luz tendríamos un valor de ß mayor que 1 con lo que tendríamos
valores de espacio y tiempo imaginarios (recuerdas los números
imaginarios determinados por la raíz de -1). Entonces no existe una
velocidad mayor que la de la luz. (ahora veremos mas adelante que no es
la mayor de todas, por un estudio que se hizo recientemente)





¿Los agujeros negros se comerían todo el universo?


La respuesta a esto deja de ser complicada y es bastante simple...
NO, y te explico por qué, habíamos definido un agujero negro... bueno
Stephen Hawking lo hizo junto a Roger Penrose hace aproximadamente 40
años, como el horizonte de sucesos dentro del cual todo objeto es
absorbido irremediablemente hacia el centro de dicha singularidad. Pues
bien, ¿a qué nos referimos con horizonte de sucesos?, ¿recuerdas el
radio de Schwarzchild? bueno, si no lo recuerdas era el radio a partir
del cual un agujero negro tragaba irremediablemente a todo objeto, es
decir, dicho radio definía el horizonte de sucesos, entonces dichos
radios en los agujeros negros conocidos no son del tamaño del universo
(es más, no se sabe a ciencia cierta el tamaño del universo aunque se
tiene una idea aún vaga).


Esto significa que los agujeros negros podrán tragarse cuerpos
cercanos pero no absorberán a todos los objetos del universo. A no ser
que un porcentaje considerable de la materia en el universo se
convierta en agujeros negros... pero eso es improbable.


El efecto es similar al de la gravedad normal, éste tiene un campo
de acción luego del cual no logra alterar en gran medida a los demás
objetos, por ejemplo, la atracción gravitatoria terrestre sólo afecta a
los cuerpos que pasan cerca de él (la Luna y algunos planetas) pero no
afectará a las estrellas que componen toda la vía láctea o menos de
otra galaxia.


Especulaciones


Respecto a este tema se ha especulado mucho, se han presentado una
serie de teorías, algunas disparatadas y otras no tanto, se dice de los
agujeros negros que son la puerta al cielo, mientras que otros plantean
que los agujeros negros podrían ser una especie de tele transportadores
de la materia (esta visión fue presentada inicialmente hace más de 25
años en la serie "Star Trek"
pero todas ellas no son mas que conjeturas sin base plenamente
demostrable. Lo único cierto es que, hablando respaldados por la
ciencia, un agujero negro posee un límite en su radio de acción, así
que calma, que hasta donde sabemos el universo va a seguir su marcha
inexorable.






En esta fotografía podemos apreciar cómo un agujero negro empieza
a absorber a un objeto cercano, en este caso se trata de una estrella
que poco a poco va siendo absorbida por un agujero negro cercano a
ella, éste agujero posee una distancia de alcance considerable, pero no
podría afectar a otros objetos fuera de esa distancia.


La foto fue captada por el radio telescopio Chandra en 1999 y
forma parte de una serie de imágenes que poco a poco va demostrando que
los agujeros negros cumplen ciertas características planteadas
inicialmente con el uso de las matemáticas y los conocimientos
derivados de la teoría de la relatividad.


Nota importante: Es necesario recalcar que hace tan sólo unos
meses científicos norteamericanos lograron demostrar que la velocidad
de la luz no es la máxima posible, sino que con un túnel cuántico
lograron movilizar fotones a una velocidad igual y mayor. Si bien este
resultado pone en tela de juicio ciertos parámetros considerados por la
relatividad no la descalifica (aún) del todo.






¿Existen los agujeros blancos?


Si se analizan en detalle las ecuaciones de las que se derivan las
propiedades relativistas vamos a encontrar siempre que teóricamente
existe una solución simétrica para cada una de ellas, es decir, así
como tenemos la idea de que para la materia existe la antimateria, o a
lo negro se opone lo blanco, de igual manera podemos deducir
teóricamente que debe de existir algo que posea características
completamente opuestas a la de los agujeros negros.


Para este caso, sabemos que los agujeros negros son definidos como
un horizonte de sucesos dentro del cual todo objeto no importando su
estado es atrapado indefectiblemente por una fuerza gravitatoria
inmensa (casi infinita), por oposición podemos entender que debe de
existir (al menos teóricamente) un agujero blanco con un horizonte de
sucesos en donde todo lo que esté dentro de él será violentamente
repelido, tal vez con una fuerza inmensa (casi infinita) esto nos lleva
a pensar en las ideas (nuevamente las cito) de la materia y la
antimateria. Pero lo interesante está en que si bien las matemáticas
efectivamente pueden darnos una respuesta simétrica tan controversial,
también es cierto que un horizonte de sucesos con esas características
es improbable y hasta el momento no ha habido descubrimiento que
contradiga su no existencia real.






Esquema gráfico de un agujero negro tomado de

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Hangar/8084




¿Y los agujeros de gusano?


Los agujeros de gusano son consecuencia de un agujero negro que se
encuentra girando con cargas determinadas, esto provocaría que esté
simultáneamente interactuando con un agujero blanco, la combinación de
ambos es denominado un agujero de gusano.


Sin embargo, como hemos visto, los agujeros blancos no existen y
si alguien cae en un agujero negro llegará a dirigirse hacia el centro
de la singularidad pero no atravesará un agujero de gusano pues este
requiere que exista un agujero blanco. Pero teóricamente se piensa que
si éste existiera habría una conexión entre la ubicación del agujero
negro y como salida se tendría al lugar en donde está ubicado el
agujero blanco. (Si viste la película Contacto con Jodie Foster te
puedes dar una idea cabal de lo que se dice líneas arriba)






Y ahora unas cuantas noticias



¿Quién se preocupa por la cuarta dimensión?



Científicos de Viena intentan comprender los misterios del principio holográfico: ¿Cuántas dimensiones hay en nuestro universo?


Algunas de las mentes más brillantes del mundo están realizando
trabajos en este sector – y no han tenido éxito hasta el momento: Crear
una teoría unificada de la gravitación cuántica a menudo se considera
el “Santo Grial” de la ciencia moderna. Daniel Grumiller del Instituto
de Física Teórica en la Universidad Tecnológica de Viena, puede ahora
al menos descubrir algunos de los misterios de la gravitación cuántica.
Sus resultados sobre los agujeros negros y las ondas gravitatorias son
bastante alucinantes, como poco. Recientemente ganó el premio START y
usará esos fondos para captar más jóvenes físico para la UT de Viena.


Percibimos en espacio a nuestro alrededor como tridimensional. De
acuerdo con Einstein, el tiempo y el espacio están inseparablemente
unidos haciendo de nuestro espacio-tiempo un continuo de cuatro
dimensiones. Durante décadas, los científicos se han estado preguntando
por la existencia de dimensiones adicionales ocultas hasta el momento a
nuestros sentidos. Grumiller y sus colegas están intentando una
aproximación distinta: En lugar de postular dimensiones adicionales,
creen que nuestro universo podría de hecho describirse en menos de
cuatro dimensiones.


“Un holograma, como puedes ver en tus billetes o tarjetas de
crédito, parece mostrar una imagen tridimensional, incluso aunque de
hecho es bidimensional”, explica Grumiller. En este caso, la realidad
tiene menos dimensiones de lo que parece tener aparentemente. Este
“principio holográfico” desempeña un papel importante en la física del
espacio-tiempo. En lugar de crear una teoría de la gravedad para todas
las dimensiones del espacio y el tiempo, se puede formular una nueva
teoría cuántica con menos dimensiones espaciales. De esta forma, una
teoría 3D de la gravitación se vuelve en una teoría cuántica en 2D, en
la cual la gravedad no aparece. Aún así, esta teoría cuántica predice
correctamente fenómenos como los agujeros negros o las ondas
gravitatorias.


“La cuestión de cuántas dimensiones tiene en realidad nuestro
mundo, probablemente no tiene una respuesta adecuada, ni puede
contestarse de forma explícita”, explica Grumiller. “Dependiendo de la
pregunta concreta que tratemos de responder, una aproximación y otra
pueden ser más útiles”.


Grumiller está actualmente trabajando en teorías gravitatorias que
incluyen dos dimensiones espaciales y una dimensión temporal. Pueden
mapearse sobre una teoría cuántica bidimensional sin gravedad. Tales
teorías pueden usarse para describir agujeros negros de rotación rápida
o “cuerdas cósmicas” – defectos del espacio-tiempo, que probablemente
aparecieron poco después del Big Bang. Junto con sus colegas de la
Universidad de Viena, Grumiller está organizando un taller
internacional, que tendrá lugar entre el 14 y 24 de abril de 2009.
Renombrados participantes, como científicos de Harvard, Princeton, el
MIT ay muchas otras universidades, revelan que los físicos
gravitatorios de Viena tienen una alta consideración internacional.






Los astrónomos descubren un vínculo entre los agujeros negros supermasivos y la formación de galaxias







Dos galaxias elípticas gigantes, NGC 4621 y NGC 4472, parecen
similares desde la distancia, como se observa en las imágenes de la
derecha del Estudio Digital del Cielo Sloan. Pero ampliando en los
núcleos de estas galaxias con el Telescopio Espacial Hubble revela sus
diferencias sus diferencias (izquierda, imágenes en blanco y negro).
NGC 4621 muestra un núcleo brillante, mientras que NGC 4472 es mucho
más tenue. El núcleo de esta galaxia está poblado con menos estrellas.
Muchas estrellas han sido lanzadas fuera del núcleo cuando la galaxia
colisionó y se fusionó con otra. Sus dos agujeros negros supermasivos
se orbitaron entre sí, y su gran gravedad lanzó las estrellas fuera del
núcleo de la galaxia. Crédito: NASA/AURA/STScI and WikiSky/SDSS



Una pareja de astrónomos de Texas y Alemania han usado un
telescopio del Observatorio McDonald de la Universidad de Texas en
Austin junto con el Telescopio Espacial Hubble y muchos otros
telescopios de todo el mundo para descubrir nuevas pruebas de que las
galaxias más grandes y masivas del universo y los agujeros negros
supermasivos en sus corazones crecieron juntos a lo largo del tiempo.


“Evolucionaron simultáneamente”, dijo John Kormendy de la
Universidad de Texas en Austin, que fue coautor de la investigación
junto a Ralf Bender del Instituto Max Planck para Física Extraterrestre
en Alemania y Ludwig Maximilians del Observatorio de la Universidad.
Los resultados se publican en el ejemplar de esta semana de la revista
Astrophysical Journal Letters.


Los astrónomos saben que las galaxias, esas vastas ciudades de
millones o miles de millones de estrellas, crecen a través de
colusiones y fusiones. El trabajo de Kormendy y Bender implica a las
mayores galaxias del universo — “las galaxias elípticas” que tienen una
forma aproximada a un balón de rugby y que pueden estar hechas de hasta
billones de estrellas. Virtualmente todas estas galaxias contienen un
agujero negro en sus centros, es decir, una región infinitamente densa
que contiene la masa de millones o miles de millones de veces la del
Sol y de la cual no puede escapar la luz.


Una teoría principal actual dice que cuando colisionan las
galaxias, sus agujeros negros terminan orbitándose entre sí. Juntos,
los dos agujeros negros actúan como una batidora: Agitan violentamente
el centro galáctico con si increíblemente potente gravedad, y arrojan
estrellas fuera de las regiones centrales. Cuando el par de agujeros
negros cae al centro del nuevo remanente de la fusión, este núcleo
supergaláctico carece de estrellas que han salido volando. Kormendy y
Bender midieron la atenuación resultante de tales núcleos galácticos,
el conocido como “déficit de luz”.


El déficit de luz en los núcleos galácticos es sorprendente a la
vista de décadas de trabajo por parte de muchos astrónomos, incluyendo
a Kormendy y Bender, los cuales demostraron que las mayores galaxias
elípticas contienen los agujeros negros más masivos en sus centros.
Estos son monstruos que “pesan” mil millones de veces la masa del Sol.
Atraen las estrellas alrededor de ellos con una gravedad ferozmente
potente. Los astrónomos esperan que unos agujeros negros tan masivos
tirasen de las estrellas de la galaxia hacia un diminuto y denso cúmulo
en el centro. Pero observaciones en la década de 1980 con telescopios
terrestres y observaciones mucho mejores en la década de 1990 con el
Telescopio Espacial Hubble revelaron lo contrario. Las mayores galaxias
tenían grandes y dispersos centros de baja densidad. ¿Por qué los
agujeros negros no están rodeados por densos cúmulos de estrellas?
¿Dónde están las estrellas que faltan?


La teoría de que los agujeros negros binarios lanzan
gravitatoriamente a las estrellas fuera de los centros galácticos ha
sido la explicación popular pero no demostrada. Ninguna observación con
telescopios proporcionó una evidencia contundente – hasta ahora.


“Nuestras nuevas observaciones son sólidas y un vínculo directo
entre los agujeros negros y las propiedades del centro de la galaxia”,
dice Kormendy. “Son el “arma humeante” que conecta los agujeros negro
con la formación de los sorprendentemente dispersos centros de las
galaxias elípticas gigantes”.


Kormendy y Bender hicieron estudios detallados de 11 galaxias en el
Cúmulo de Virgo. Para lograr una descripción global exhaustiva de cada
galaxia, usaron la visión de gran angular de la Cámara de Foco
Principal en el Telescopio de 0,8 metros del Observatorio McDonald.
Usaron el Telescopio Espacial Hubble para estudiar estos mismos núcleos
galácticos en mayor detalle. Se usaron muchos otros telescopios para
conectar los datos centrales de Hubble con los datos externos del
telescopios McDonald. Los resultados sobre 27 galaxias elípticas en el
Cúmulo de Virgo medidas por Kormendy, Bender, y sus colegas de la
Universidad de Texas David Fisher y Mark Cornell, y patrocinados por la
Fundación Nacional de Ciencia, tienen prevista su publicación en un
próximo ejemplar de Astrophysical Journal Supplement Series.


Sus medidas de precisión del brillo – es decir, el número de
estrellas — a distintas distancias del centro de las galaxias elípticas
les permitieron calcular con mucha más exactitud que anteriormente las
masas de estrellas “que faltan” en el centro de las elípticas más
grandes. Esto reveló más sorpresas: La masa perdida se incrementaba de
forma análoga a la masa medida en los agujeros negros centrales. Se
sabía que ambas cantidades estaban relacionadas, pero no que la
correlación era tan estrecha como para estar dentro del margen de
error. Es decir, que la correlación es virtualmente perfecta.


La masa perdida también se incrementa simultáneamente con otra
propiedad de la galaxia conocida por estar directamente relacionada con
los agujeros negros, y es la velocidad a la que se forman las estrellas
más lejos en la propia galaxia, donde no pueden sentir la gravedad del
agujero negro.


“A los astrónomos les encantan las correlaciones estrechas”, dice
Bender. “Nos dicen lo que están conectado y con qué. Las nuevas
observaciones nos dan unas pruebas mucho más sólidas de que los
agujeros negros controlan la formación galáctica, al menos en sus
centros “.


De acuerdo con Linda Sparke, directora del programa de la NSF para
ciencias astronómicas, “Esta valiosa investigación demuestra cómo los
agujeros negros crecen junto con la galaxia. Son grandes noticias.
Hemos aceptado desde hace mucho tiempo que los agujeros negros no se
colocan aleatoriamente en las galaxias. Las galaxias más luminosas
albergan los agujeros negros más masivos. Pero no aún no sabíamos cómo
los agujeros negros y las galaxias influyen entre sí. Kormendy y Bender
han visto la huella de pares de agujeros negros fusionándose en los
centros de enormes galaxias elípticas, revelando las pruebas de que los
mayores agujeros negros se forman después de que colisionen galaxias
menores para producir un sistema más grande”.


Kormendy añade finalmente, “Hemos creído desde hace mucho que los
agujeros negros alimentan los quásares en los núcleos galácticos, los
cuales son los objetos más brillantes del universo. Y hemos llegado a
sospechar que poner agujeros negros gigantes en los centros de galaxias
jóvenes e iluminar tanta luz de quásar sobre ellas afecta a la
formación de la galaxia. En otras palabras, sospechamos que el estudio
de los quásares y el estudio de las galaxias son el mismo tema. No
podemos comprender una sin la otra.


“Creemos que haber ayudado a fusionar estos temas conectando
directamente los agujeros negros a la estructura de la galaxia”,
comenta. “John Muir en su famosa cita comenta que todo está relacionado
con todo lo demás en el mundo. Cuando encontramos que temas distintos
están relacionados, construimos una teoría de formación galáctica en la
que tenemos confianza”.



Un agujero negro crea una curvatura en el espacio-tiempo



La abolladura es la clase de cosa que predijo la Teoría de la
Relatividad General de Albert Einstein. Afecta al movimiento de la
materia que cae en el agujero negro.


El espacio-tiempo curvado es invisible, pero los científicos
dedujeron su existencia tras detectar dos frecuencias de rayos-X
procedentes del agujero negro que eran idénticas a las emisiones
anotadas nueve años antes. El descubrimiento permitió a los científicos
calcular el giro del agujero negro, una medida crucial necesaria para
describir el comportamiento del objeto.


Rayos-X parpadeantes


Los agujeros negros se forman cuando estrellas muy masivas empiezan
a agotar su combustible. Sus núcleos implosionan en un punto de
densidad infinita y sus capas externas estallan en una potente
explosión de supernova. Dentro de un límite teórico llamado horizonte
de eventos, la gravedad del agujero negro es tan fuerte que nada,
incluyendo a la luz, puede escapar.


Las frecuencias de rayos-X detectadas por el equipo de
investigadores provienen del exterior del horizonte de eventos de GRO
J1655-40, un agujero negro situado a unos 10 000 años luz de la Tierra.
Es unas siente veces más masivo que el Sol y aspirando gas de una
estrella compañera cercana.


GRO J1655-40 sufre cortos periodos de intensas emisiones de
rayos-X, seguidas por largos periodos de relativa calma. Los
científicos piensan que este patrón de parpadeo de la actividad de
rayos-X está relacionado con cómo se acumula la materia alrededor del
agujero negro.


El gas aspirado de la compañera se acumula sin cesar en un disco de
acreción alrededor del agujero negro. Este proceso continua durante
varios años. Mientras tiene lugar la acumulación, el agujero negro
consume muy poco gas del disco.


Cada pocos años, sin embargo, algo —los científicos no están
seguros de qué— dispara una repentina comilona por parte del agujero
negro, causando que engulla la mayor parte de la materia del disco en
un periodo de solo unos meses.


Los agujeros negros emiten millones de veces más rayos-X durante estos periodos de mayor actividad que cuando están en calma.


En los últimos años, el Explorador Sincrónico Rossi de Rayos-X ha
captado a GRO J1655-40 de festín dos veces, una vez en 1996 y de nuevo
en 2005. Entre las frecuencias de rayos-X observadas en 1996 hubo una a
450 Hz y otra a 300 Hz. Estas dos frecuencias fueron observadas
nuevamente en 2005.


Esto fue sorprendente dado que cuando emiten rayos-X, los agujeros
negros son conocidos por su falta de estabilidad. Los rayos-X son
emitidos por partículas de gas supercalentado cuando cae por el agujero
negro y roza con otras partículas. Sin embargo, la luminosidad y
frecuencia a la que parpadean los rayos-X varía de un momento a otro ya
que la razón a la que el agujero negro consume el gas no es constante.


Por tanto, detectar dos frecuencias estables con una diferencia de
nueve años sugiere que no están causadas por las fluctuaciones de la
consumición de gas por parte del agujero negro, sino por alguna otra
cosa.


“Debido a que es muy difícil obtener que el comportamiento del gas
sea el mismo dos veces, esto apunta con fuerza a que estas frecuencias
están siendo fijadas por la masa y giro del agujero negro, propiedades
fundamentales del mismo agujero negro”, comenta el co-autor del estudio
Jon Miller de la Universidad de Michigan a SPACE.com.


Dado que el agujero negro es tan masivo y gira tan rápido, curva el espacio-tiempo a su alrededor.


Espacio-tiempo


Mientras desarrollaba su Teoría de la Relatividad General, Einstein
combinó las tres dimensiones del espacio con una dimensión del tiempo
en un útil concepto que llamó espacio-tiempo.


El espacio-tiempo puede imaginarse como una lámina elástica que se
curva bajo el peso de los objetos que se colocan sobre ella. Cuanto más
masivo es el objeto, más curva el espacio-tiempo. Si el objeto masivo
está también girando, esto provoca que el espacio-tiempo no solo se
curve sino que también se retuerza. Los científicos llaman a esto el
efecto de “arrastre de marcos”.


El espacio-tiempo retorcido causará que el gas que cae en el
agujero negro se mueva de cierta forma. El fenómeno puede ser comparado
a grandes rasgos con el movimiento de una aguja en un tocadiscos:
cuando la aguja se mueve a través de un surco grabado en el disco, este
produce un sonido, la naturaleza exacta del cual está determinada por
las deformaciones físicas del mismo surco.


De la misma forma, el agujero negro ha creado unas deformaciones
estables en el tejido del espacio-tiempo que afectan a la materia que
se mueve a su alrededor. El gas que se arremolina alrededor del agujero
negro actúa como la aguja, pero en lugar de producir sonidos
específicos, produce ciertas frecuencias de luz de rayos-X.


Dos picos


Los científicos piensan que las partículas de gas que se mueven en
el curvado espacio-tiempo cerca del agujero negro exhiben dos tipos de
movimientos, cada uno dando lugar a una frecuencia única. Un movimiento
es el orbital del gas cuando gira alrededor del agujero negro. Este
produce la frecuencia de 450 Hz. La frecuencia más baja de 300 Hz está
causada por el ligero temblor del gas debido a las deformaciones del
espacio-tiempo.


“Si el espacio-tiempo no estuviese curvado, probablemente sólo
hubiésemos visto un pico”, dijo el co-autor del estudio Jeroen Homan
del Instituto Kavli para Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.


Los científicos piensan que todos los agujeros negros giratorios
emiten dos frecuencias estables, y que las frecuencias están
fuertemente ligadas a la masa y giro del agujero negro.


La masa de GRO J1655-40 había sido calcuada previamente en base a
observaciones de la órbita de su estrella compañera. El trozo de
información que faltaba era la razón de giro del agujero negro. El
hallazgo de la nueva frecuencia ayudará a resolver este problema.


“Ahora podemos empezar a determinar el giro y de esta forma, por
primera vez, a describir más completamente el agujero negro”, dijo
Miller.


El descubrimiento fue anunciado a principios de este mes en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana.
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Los agujeros negros

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