¿Por qué los agujeros negros son negros? ¿Es un cuerpo celeste o un túnel espacio-temporal?

En la era del conocimiento y el intercambio avanzado de información, muchas personas deben haber oído hablar del término "agujero negro", especialmente cuando fue anunciado por el Event Horizon Telescope el 10 de abril de 2019. La foto de Black Hole fue publicada por primera vez. Esta fotografía similar a una briqueta es la primera imagen de un agujero negro tomada por humanos. Es un agujero negro supermasivo del centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de la Tierra.

La adquisición de esta fotografía no es tan sencilla. Fue observada conjuntamente por 8 grandes radiotelescopios durante varios días a partir del 5 de abril de 2017, y después de otros 2 años de recopilación y análisis de datos, podemos obtenerla. un vistazo a la verdadera apariencia de un agujero negro. Por supuesto, esta no es en realidad la verdadera apariencia del agujero negro, sino simplemente su "halo" fuera del horizonte de sucesos.

La historia del desarrollo de los agujeros negros

Un agujero negro es un cuerpo celeste especial. Recuerde que es un cuerpo celeste, no un "agujero" como se entiende literalmente. Desde la perspectiva de la mecánica newtoniana, sabemos que cualquier cuerpo celeste tiene su velocidad de escape. En pocas palabras, es la velocidad inicial mínima a la que un objeto puede escapar del cuerpo celeste. La velocidad de escape de la Tierra es de 11,2 kilómetros por segundo. Entonces, ¿existe un cuerpo celeste cuya velocidad de escape supere la velocidad de la luz? Esto significa que ningún objeto en el mundo, incluida la luz, puede escapar.

De hecho, ¿esto es lo que dijo Laplace? El cuerpo celeste más grande del universo es invisible, porque la luz no puede escapar de este cuerpo celeste. ¿Laplace consideró este tipo de existencia posible? El cuerpo celeste se llama estrella oscura. . Pero, de hecho, esta idea fue propuesta por primera vez por Michel, pero Laplace la resumió en su obra "La teoría del sistema del universo".

Después de que Einstein propusiera la teoría general de la relatividad, utilizó ecuaciones de campo para estudiar este cuerpo celeste especial y descubrió que una solución especial de la ecuación de campo simplemente satisfacía la existencia de este cuerpo celeste especial. Pero en aquel momento, este cuerpo celeste especial no tenía el nombre de "agujero negro". No fue hasta que Wheeler utilizó el nombre "agujero negro" en un discurso en 1967 que se difundió el nombre de "agujero negro" de este cuerpo celeste especial.

Tipos de agujeros negros

Todo el mundo conoce el significado de los agujeros negros, que se pueden dividir en tres tipos en términos de masa:

1. Agujeros: este tipo de agujeros negros aún no han sido descubiertos. Son simplemente un tipo de agujero negro imaginado por los científicos, pero su masa es muy pequeña. Hawking cree que este tipo de agujero negro debería estar ampliamente presente en el universo. Al comienzo del Big Bang, toda la materia y la energía procedían de la singularidad infinitamente densa. En el momento del Big Bang, parte de la materia se comprimió extremadamente rápido y quedó atrapada en un agujero negro con una masa diminuta.

Los cálculos analíticos muestran que la masa del agujero negro original oscila entre una cienmilésima de gramo y mil millones de toneladas, y la masa del agujero negro original más grande no excederá la de un asteroide. Según los modelos de cálculo, este tipo de pequeños agujeros negros tienen una temperatura de más de 120 mil millones de Kelvin y emiten una fuerte radiación, por lo que pueden desaparecer rápidamente.

2. Agujeros negros a nivel estelar: En 1928, Chandrasekhar propuso que los agujeros negros se forman cuando las estrellas evolucionan hasta las últimas etapas de sus vidas. Debido a que no pueden bloquear su propia gravedad, colapsan rápidamente hacia el centro. y eventualmente formar estrellas densas. Hay tres tipos de estrellas compactas: enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Las estrellas con una masa inferior a 1,4 veces la masa solar (límite de Chandrasekhar) evolucionarán hacia enanas blancas; las estrellas con una masa superior a 1,4 veces la masa solar y menos de 3,2 veces la masa solar (límite de Oppenheimer Volkov) evolucionarán hacia estrellas de neutrones; . Cuando la masa es mayor que 3,2 veces la masa del sol, eventualmente se produce un agujero negro.

3. Agujeros negros supermasivos: Este tipo de agujero negro generalmente existe en el centro de una galaxia y tiene una masa enorme. Por ejemplo, hay un agujero negro supermasivo Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea. Su rango de diámetro es de 44 millones de kilómetros. Esta es casi la distancia de Mercurio al Sol (46 millones de kilómetros). También está la primera fotografía de un agujero negro presentada al principio de este artículo, que es una fotografía de un agujero negro supermasivo. Los científicos creen que su existencia juega un buen papel en la solidificación de las galaxias.

¿Por qué los agujeros negros son invisibles?

De hecho, ya he mencionado mucho en el artículo anterior. Teóricamente se dice que un agujero negro es invisible, de ahí también su nombre. Debido a que la masa es densa, la velocidad de escape. La velocidad de un cuerpo celeste es mayor que la velocidad de la luz, lo que significa que incluso con la velocidad de la luz, la velocidad más rápida del universo, no hay forma de escapar. Vemos un objeto porque emite luz o refleja luz hacia nuestros ojos. y los agujeros negros no pueden reflejar la luz.

Pero podemos ver el disco de acreción de un agujero negro. Los agujeros negros son como una codicia insaciable. Devorarán todo lo que esté cerca de ellos. Cuando una estrella se acerca a un agujero negro, poco a poco será despojada y tragada. , en este proceso se formará un disco de acreción de alta energía y calor alrededor del agujero negro. Podemos observarlo en este momento, pero no es un agujero negro real.

Opiniones de Hawking sobre los agujeros negros

Hawking es un famoso cosmólogo y físico teórico. Su mayor contribución en su vida es el estudio de la cosmología y los agujeros negros. En 1970, Hawking descubrió el teorema del área de eventos de un agujero negro no decreciente: el área de eventos de un agujero negro nunca puede disminuir, y cuando más de un agujero negro se fusiona, lo mismo ocurre con su área total de eventos.

Más tarde, Hawking continuó estudiando los agujeros negros. Hawking creía que los agujeros negros no son sólidos, sino que contienen radiación de agujero negro, o radiación de Hawking. Desde la perspectiva de la mecánica cuántica, el universo entero está lleno de pares de partículas compuestos de partículas virtuales y antipartículas virtuales. Continuarán combinándose y aniquilándose, y luego combinándose y aniquilándose nuevamente.

Este proceso no tiene nada de especial en circunstancias normales, pero si esto sucede en el borde de un agujero negro, sería interesante. Cuando un miembro del par de partículas cae en el agujero negro y desaparece por completo, la otra partícula gana energía y huye. En cierto sentido, esta es la radiación del agujero negro. Sin embargo, el proceso de radiación de un agujero negro masivo es muy lento y no se puede medir. El mejor objeto para verificar la radiación de Hawking es el agujero negro original o un agujero negro artificial.

Entonces, desde la perspectiva de Hawking, los agujeros negros no son tan negros como se imagina.

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