La formación y el tamaño de los agujeros negros
¿El misterio de los agujeros negros?
Cuando la energía nuclear de una estrella de masa similar se agota (explosión de supernova), el núcleo de una estrella con una masa de escombros tres veces mayor que la del sol evolucionará hacia un agujero negro (si la estrella de neutrones tiene una estrella compañera, y la estrella de neutrones absorbe suficiente material de la estrella compañera, también puede evolucionar hacia un agujero negro). En un agujero negro, ninguna fuerza externa puede mantener el equilibrio con la gravedad, por lo que el núcleo seguirá colapsando, formando un agujero negro.
Cuando la materia cae dentro del límite, no puede volver a salir, ni siquiera a la velocidad de la luz.
Einstein explicó geométricamente los agujeros negros como agujeros retorcidos en el espacio. La materia se mueve a través del espacio. Si el espacio mismo fuera un agujero, nada podría escapar.
Los agujeros negros se dividen en cuatro tipos:
Los agujeros negros evolucionan a partir de estrellas, los agujeros negros primitivos, los agujeros negros de peso pesado y los agujeros negros de peso medio.
¿Tienen límites los agujeros negros?
Cuando se forma un agujero negro, toda la materia colapsa hacia el centro en una partícula muy pequeña, llamada singularidad, y la superficie del agujero negro se llama "cúpula del evento".
La distancia entre la capa superficial y la singularidad central es el radio de Schwartz. Cualquier materia que intente escapar del radio de Schwartz del agujero negro lo hará a una velocidad mayor que la de la luz.
Sin embargo, según la teoría especial de la relatividad, la velocidad de la luz es el límite de velocidad. Entonces, cuando toda la materia alcance la cúpula del evento, será atraída hacia la singularidad central, de la que nunca podrá escapar.
¿Son invisibles los agujeros negros?
Un agujero negro es un objeto cuya gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz más rápida puede escapar. El espacio-tiempo alrededor del agujero negro también está distorsionado por la influencia de la gravedad, creando un "plano terrestre". Mientras trague cualquier materia, nunca escapará de este rango. Su radio se llama "radio gravitacional". Como ni siquiera la luz puede escapar, no podemos ver el interior del plano de la imagen.
¿El descubrimiento de los agujeros negros?
El 27 de abril de 1990 se puso en funcionamiento el Telescopio Espacial Hubble, abriendo una nueva página para la exploración humana del espacio. Aunque hubo errores de fabricación y las imágenes quedaron muy comprometidas, aun así supuso una gran contribución a la astronomía.
Recientemente, los humanos han obtenido a través del Telescopio Espacial Hubble más evidencia de agujeros negros que antes sólo existían dentro del alcance de la teoría. Se ha descubierto un agujero negro con una masa más de tres millones de veces la del Sol en la galaxia de Andrómeda M32, cerca de M31. M32 es una galaxia cercana a nuestra Vía Láctea, a 2,3 millones de años luz de la Tierra. Es la galaxia más densa conocida por la humanidad, con un diámetro de sólo 1.000 años luz (nuestra Vía Láctea tiene unos 100.000 años luz de diámetro), contiene 4 millones de estrellas y su centro y densidad son aproximadamente 1 millón de veces los de la galaxia. nuestra galaxia, la Vía Láctea. Si vivieras en un planeta en el centro de M32, verías un resplandor luminoso con estrellas que serían más brillantes que cien lunas llenas. Los científicos hacen inferencias basándose en la actividad de las estrellas en las galaxias y su densidad central. Las estrellas de esta galaxia se mueven a 100 kilómetros por segundo, más rápido que otras galaxias ordinarias.
¡Busquemos agujeros negros!
Debido a que los agujeros negros no pueden emitir luz y son muy pequeños, no pueden medir la Tierra con telescopios astronómicos. Pero según la teoría, si la estrella compañera de un par de estrellas binarias es un agujero negro, entonces el material de la estrella primaria será atraído hacia el agujero negro para formar un anillo de acreción. Debido a que los materiales en el anillo de acreción rozan entre sí, generan altas temperaturas e irradian rayos X. Por lo tanto, los cazadores de agujeros negros se centrarán en binarios cercanos de rayos X.
En 1962, se detectó un rayo X en el cuello de cisne de la constelación Cygnus y la fuente fue bautizada como agujero negro. Cygnus X-1 es una fuente de rayos X y una de sus estrellas hijas es una súper gigante azul, que puede ser una masa invisible de la estrella hija de un agujero negro.
Entrevistado: Xiaoquan-Gerente Nivel 4 1-19 16:13.
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Un "agujero negro" es un cuerpo celeste cuyo campo gravitacional es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Según la teoría general de la relatividad
los campos gravitacionales curvan el espacio-tiempo. Cuando una estrella es grande, su campo gravitacional tiene poco efecto en el espacio-tiempo.
¿Cuál es el efecto? La luz emitida desde un punto de la superficie de la estrella puede emitirse en cualquier dirección en línea recta.
y la mitad del tamaño de una estrella
Cuanto menor sea el diámetro, mayor será su efecto de curvatura en el espacio-tiempo circundante, y la luz emitida en ciertos ángulos seguirá el espacio curvo.
De vuelta a la superficie de la estrella.
Cuando el radio de la estrella es pequeño a un valor específico (llamado "radio de Schwarzschild" en astronomía), se trata incluso de una tabla vertical.
Se capta la luz emitida por la superficie. En este punto, la estrella se convierte en un agujero negro. Lo que quiero decir con "negro" es un pozo sin fondo en el universo. Una vez que cualquier materia cae en él, parece que ya no puede escapar. De hecho, un agujero negro es en realidad
es "invisible", como se explicará a continuación.
¿Cómo se forman los agujeros negros? De hecho, al igual que las enanas blancas y las estrellas de neutrones, los agujeros negros probablemente sean constantes a medida que las estrellas evolucionan. Hemos cubierto en detalle la formación de enanas blancas y estrellas de neutrones. Conviértete en estrella
Cuando una estrella envejece, sus reacciones termonucleares han agotado el combustible (hidrógeno) del centro, y la energía generada en el centro se ha perdido
Tengo poca experiencia . De esta manera ya no es lo suficientemente fuerte para soportar el enorme peso de la maleta. Así en la cáscara
Bajo una fuerte presión, el núcleo comienza a colapsar hasta que finalmente se forma una estrella pequeña y densa que recupera sus capacidades.
Utilizar equilibrio de presión.
Las estrellas con masas más pequeñas evolucionan principalmente hacia enanas blancas, mientras que las estrellas con masas más grandes pueden formar neutrones.
Estrella. Según los cálculos de los científicos, la masa total de una estrella de neutrones no puede ser superior a tres veces la masa del sol. Si supera
Si alcanza este valor, no habrá fuerza que resista su propia gravedad, lo que provocará otro gran colapso.
Esta vez, según las especulaciones de los científicos, la materia se moverá inexorablemente hacia el punto central hasta convertirse en una.
El "punto" donde el volumen se acerca a cero y la densidad se acerca al infinito. Una vez que su radio se reduce hasta cierto punto,
(radio de Schwarzschild), como presentamos anteriormente, la enorme gravedad impedirá que incluso la luz emita luz.
Fuera, cortando así todas las conexiones entre la estrella y el mundo exterior: nació un "agujero negro".
En comparación con otros cuerpos celestes, los agujeros negros son demasiado especiales. Por ejemplo, los agujeros negros tienen la capacidad de volverse invisibles, pero los humanos no.
La ley lo ha observado directamente, e incluso los científicos sólo pueden hacer varias conjeturas sobre su estructura interna. Entonces, ¿cómo se esconde un agujero negro? La respuesta es: espacio curvo. Todos sabemos que la luz viaja en línea recta.
Emitido. Esto es sentido común básico. Pero según la relatividad general, el espacio se curva bajo la influencia de un campo gravitacional.
Pr. En este punto, aunque la luz todavía viaja a lo largo de la distancia más corta entre dos puntos cualesquiera, ya no es una línea recta.
Para decirlo en sentido figurado, se trata de una curva. Parece que la luz debería ir en línea recta, pero la fuerte gravedad la empuja hacia abajo.
Apartarse de la dirección original.
En la Tierra, esta curvatura es pequeña porque el campo gravitacional es pequeño. Alrededor de un agujero negro, esta deformación del espacio es muy grande. De esta forma, incluso la luz emitida por la estrella es bloqueada por el agujero negro. Aunque hay un agujero negro, la rama caerá en el agujero negro y desaparecerá, pero la otra parte de la luz lo hará. Evite el agujero negro, atraviese el espacio curvo y llegue a la Tierra.
Así podemos observar fácilmente el cielo estrellado detrás del agujero negro, como si el agujero negro no existiera.
Así es la invisibilidad de un agujero negro.
Lo que es más interesante es que algunas estrellas no solo envían energía luminosa directamente a la Tierra, sino que también envían energía luminosa a otras estrellas.
La luz emitida en esta dirección también puede ser refractada por la fuerte gravedad de un agujero negro cercano y llegar a la Tierra. De esta forma, no sólo podemos ver la “cara” de la estrella, sino también su costado e incluso su espalda!
Los "agujeros negros" son sin duda una de las teorías astronómicas más desafiantes y apasionantes de este siglo. Muchos científicos están trabajando arduamente para desentrañar sus misterios y constantemente se proponen nuevas teorías. Sin embargo,
Estos últimos resultados de la astrofísica contemporánea no se pueden explicar aquí claramente en pocas palabras.
Entrevistado: Chengdu Madman-Scholar Nivel 3 1-19 16:15.
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Se refiere al vórtice producido por la explosión de una estrella. ¡Será mejor que no entres!
Entrevistado: Beckham 2003-Aprendiz de Mago Nivel 2 1-19 16:18.
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Un cuerpo celeste especial
Entrevistado: randorg-Scholar Nivel 3 1-19 16:19.
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Los agujeros negros son cuerpos celestes que se encuentran en el universo. En 1969, el científico estadounidense John Wheeler acuñó un nombre para describir vívidamente un objeto desconocido en el espacio. En 1973, John Michel explicó en un artículo que un cuerpo celeste con una masa enorme y una densidad de estrellas extremadamente alta, cuyo campo gravitacional es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar, se llama agujero negro.
Entrevistado: zhangzo 4925-Asistente Nivel 3 1-19 16:27.
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El segundo año después de que Einstein propusiera la teoría general de la relatividad, es decir, en 1916, Schwarzschild descubrió la existencia de agujeros negros en su teoría, pero no fue hasta 1960. Sólo entonces los científicos comprendieron y aceptaron la existencia de los agujeros negros.
Muchos agujeros negros son sólo el foco de la evolución de estrellas masivas. La masa de estas estrellas es más de 10 veces la del sol. En sus vidas, siempre hay dos fuerzas diferentes que compiten entre sí: su propia gravedad ejerce presión hacia adentro y la energía generada por la reacción de fusión termonuclear interna ejerce presión hacia afuera. Cuando estas dos fuerzas son iguales, la estrella se encuentra en un estado relativamente estable. Sin embargo, el combustible utilizado para la fusión termonuclear dentro de la estrella algún día se agotará. Cuando llegue ese día, la disparidad de potencia se hará evidente. Una vez que la gravedad se hace cargo, la estrella inevitablemente colapsará hacia adentro y el efecto de la gravedad se volverá cada vez más fuerte. A medida que el material de una estrella se vuelve más denso, su velocidad de escape aumenta. Los agujeros negros se forman cuando las estrellas se vuelven tan densas que su velocidad de escape excede la velocidad de la luz. En este punto, ni siquiera la materia que se mueve más rápido en el universo, la luz, no puede escapar del agujero negro.
Además, en el universo existen algunos agujeros negros muy masivos, que se encuentran en los centros de galaxias y quásares. Por ejemplo, hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, que es 4 millones de veces más masivo que el sol. El proceso de formación de estos agujeros negros no se comprende del todo. Pero no importa qué tipo de agujero negro sea, es solo una forma extrema de existencia de cuerpos celestes.
Entrevistado: Sirius 115-Asistente II 1-19 16:27.
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¿Qué es un agujero negro?
Hay un enorme campo gravitacional escondido en el agujero negro. Este campo gravitacional es tan grande que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de la palma del agujero negro. Un agujero negro no permite que el mundo exterior vea nada dentro de sus límites, razón por la cual estos objetos se denominan "agujeros negros". No podemos observarlo a través del reflejo de la luz y sólo podemos conocer un agujero negro indirectamente a través de los objetos que lo rodean y que se ven afectados por él. Se especula que los agujeros negros son restos de estrellas muertas o nubes de gas en explosión, creadas cuando colapsó una supergigante masiva especial.
Debido a que los agujeros negros son invisibles, algunas personas siempre se han preguntado si los agujeros negros realmente existen. Si realmente existen, ¿dónde están?
El proceso de un agujero negro es similar al de una estrella de neutrones. El núcleo de la estrella se contrae rápidamente por su propio peso y explota violentamente. Cuando toda la materia del núcleo se convierte en neutrones, el proceso de contracción se detiene inmediatamente y se comprime formando un planeta denso. Pero en el caso de un agujero negro, debido a que la masa del núcleo de la estrella es tan grande que el proceso de contracción continúa sin fin, los propios neutrones se muelen hasta convertirlos en polvo bajo la atracción de la gravedad misma, y lo que queda es materia con una densidad inimaginable. Todo lo que se acerque a él será absorbido y el agujero negro se convertirá en una especie de aspiradora.
Para comprender la dinámica de los agujeros negros y cómo impiden que todo lo que hay en su interior escape de sus límites, debemos analizar la relatividad general. La relatividad general es la teoría de la gravedad creada por Einstein y se aplica a planetas, estrellas y agujeros negros. Esta teoría, propuesta por Einstein en 1916, explica cómo el espacio y el tiempo se distorsionan ante la presencia de objetos masivos. En pocas palabras, la relatividad general dice que la materia curva el espacio y la curvatura del espacio, a su vez, afecta el movimiento de los objetos que se mueven a través del espacio.
Veamos cómo funciona el modelo de Einstein. Primero considere que el tiempo (las tres dimensiones del espacio son largo, ancho y alto) es la cuarta dimensión en el mundo real (aunque es difícil dibujar otra dirección además de las tres direcciones habituales, puede intentar imaginarla). En segundo lugar, consideremos que el espacio y el tiempo son la superficie de un enorme lecho de muelles tenso que se utiliza en las actuaciones de gimnasia.
La teoría de Einstein afirma que la masa curva el tiempo y el espacio.
También podríamos poner una piedra grande sobre el lecho del somier para ilustrar esta escena: el peso de la piedra hace que el tenso lecho se hunda un poco. Aunque la superficie del somier es básicamente plana, el centro es ligeramente cóncavo. Si pones más piedras en el centro del somier, tendrá un mayor efecto y hará que la cama se hunda más. De hecho, cuantas más piedras haya, más se flexionará el lecho de muelles.
Del mismo modo, los objetos masivos en el universo distorsionarán la estructura del universo. Así como 10 rocas doblan un lecho de resortes más que 1, un objeto con una masa mucho mayor que la del sol dobla el espacio más que un objeto con una masa igual o menor que un sol.
Si se hace rodar una pelota de tenis sobre un lecho de resortes tenso, se moverá en línea recta. Por el contrario, si pasa por un lugar cóncavo, su recorrido es arqueado. Del mismo modo, los cuerpos celestes seguirán moviéndose en línea recta al pasar por zonas planas del espacio-tiempo, mientras que los cuerpos celestes que pasen por zonas curvas se moverán en trayectorias curvas.
Ahora echemos un vistazo al impacto de un agujero negro en la región espacio-temporal circundante. Imaginemos colocar una piedra muy pesada sobre un lecho de manantiales para representar un agujero negro muy denso. Naturalmente, las piedras tendrán un gran impacto en la superficie de la cama, no solo provocando que la superficie se doble y se hunda, sino que también provocarán que la superficie de la cama se rompa. Una situación similar puede ocurrir en el universo. Si existieran agujeros negros en el universo, la estructura del universo se desgarraría. Esta ruptura en el tejido del espacio-tiempo se llama singularidad o singularidad espacio-temporal.
Ahora veamos por qué nada puede escapar de un agujero negro. Así como una pelota de tenis que rueda sobre un colchón de resortes cae en un agujero profundo creado por una gran roca, un objeto que pasa a través de un agujero negro quedará atrapado en su trampa gravitacional. Además, rescatar objetos siniestros requiere energía ilimitada.
Como ya hemos dicho, nada puede entrar en un agujero negro y escapar de él. Pero los científicos creen que los agujeros negros liberan energía lentamente. El famoso físico británico Hawking demostró en 1974 que los agujeros negros tienen una temperatura distinta de cero y son más calientes que su entorno. Según los principios de la física, todos los objetos con una temperatura superior a la de su entorno liberarán calor, y los agujeros negros no son una excepción. Un agujero negro emitirá energía durante millones de billones de años. La energía liberada por el agujero negro se llama radiación de Hawking. Cuando un agujero negro disipa toda su energía, desaparece.
El agujero negro entre el espacio y el tiempo ralentiza el tiempo y hace que el espacio sea elástico, mientras se traga todo lo que pasa a través de él. En 1969, el físico estadounidense John Wheeler llamó a este insaciable espacio "agujero negro".
Todos sabemos que un agujero negro es invisible porque no puede reflejar la luz. En nuestra mente, los agujeros negros pueden parecer distantes y oscuros. Pero el famoso físico británico Hawking cree que los agujeros negros no son tan negros como la mayoría de la gente piensa. Según las observaciones de los científicos, hay radiación alrededor del agujero negro y es probable que provenga del agujero negro, lo que significa que el agujero negro puede no ser tan negro como se imagina.
Hawking señaló que la fuente de material radiactivo de los agujeros negros es un tipo de partícula sólida, que se produce en pares en el espacio y no sigue las leyes físicas habituales. Además, después de que estas partículas colisionen, algunas desaparecerán en el vasto espacio. En términos generales, es posible que no tengamos la oportunidad de ver estas partículas antes de que desaparezcan.
Hawking también señaló que cuando se produce un agujero negro, las partículas reales aparecerán en pares en consecuencia. Una de las partículas reales será absorbida por el agujero negro, otra escapará y un montón de partículas reales que escapen parecerán fotones. Para un observador, ver partículas reales escapar es como ver la luz de un agujero negro.
Para citar a Hawking, "un agujero negro no es tan negro como se cree". En realidad, emite una gran cantidad de fotones.
Según la ley de Einstein de conservación de la energía y la masa. Cuando un objeto pierde energía, también pierde masa. Los agujeros negros también obedecen a las leyes de conservación de la energía y la masa. Cuando un agujero negro pierde energía, deja de existir. Hawking predijo que en el momento en que el agujero negro desaparezca, se producirá una violenta explosión, liberando energía equivalente a un millón de bombas de hidrógeno.
Pero no mires con anticipación y pienses que verás un espectáculo de fuegos artificiales. De hecho, después de que un agujero negro explota, la energía liberada es muy grande y puede ser perjudicial para el cuerpo. Además, el tiempo de liberación de energía también es muy largo, entre mil millones y 20 mil millones de años, lo que es más largo que la historia de nuestro universo. Se necesitarán billones de años para que la energía se disipe por completo.
Agujeros negros
Hablar de agujeros negros significa hablar de agujeros negros sin una comprensión general de la naturaleza de los campos gravitacionales.
Si hablamos de agujeros negros según la definición de agujeros negros, no existen agujeros negros en el universo.
Porque la materia del universo tiene las características esenciales de la materia.
Según las características esenciales de la materia del universo, la luz emitida por las estrellas no puede ser absorbida nuevamente por las estrellas.
Un agujero negro es una estrella pequeña pero masiva. Bajo su fuerte gravedad, ni siquiera la luz puede escapar: la luz emitida desde la superficie de la estrella es atraída hacia la estrella por la propia gravedad de la estrella antes de alcanzar la distancia.
Una masa de materia se llama agujero negro si su campo gravitacional es lo suficientemente fuerte como para doblar completamente el espacio-tiempo a su alrededor de modo que nada, ni siquiera la luz, pueda escapar. No hay mucha materia comprimida en densidades muy altas (como la Tierra comprimida al tamaño de un guisante), ni materia muy masiva con densidades aún más bajas (como millones de masas solares distribuidas en una bola del diámetro del sistema solar. Densidad es aproximadamente la del agua).
La primera persona que sugirió que podría haber un "agujero negro" cuya gravedad es demasiado fuerte para que la luz escape fue John Mitchell, un distinguido miembro de la Royal Society. Expresó este punto de vista a la Royal Society en 1783. Los cálculos de Mitchell se basaron en la teoría de la gravedad de Newton y la teoría de las partículas de la luz. La primera era la mejor teoría de la gravedad en ese momento. Este último imagina la luz como una corriente de partículas diminutas (ahora llamadas fotones) como pequeñas conchas marinas. Mitchell creía que estas partículas de luz deberían verse afectadas por la gravedad como cualquier otro objeto. Debido a que Ole Romer había medido con precisión la velocidad de la luz 100 años antes, Mitchell pudo calcular qué tan grande tendría que ser un objeto con la densidad del sol para tener una velocidad de escape mayor que la velocidad de la luz.
Si tal cuerpo celeste existe, la luz no puede escapar, por lo que debería ser negro. La velocidad de escape en la superficie del Sol es sólo el 0,2% de la velocidad de la luz, pero si imaginamos una serie de objetos cada vez más grandes con la misma densidad que el Sol, la velocidad de escape aumenta rápidamente. Mitchell señaló que la velocidad de escape de un objeto de este tipo con un diámetro 500 veces mayor que el del sol (similar al tamaño del sistema solar) debería exceder la velocidad de la luz.
Pierre Laplace llegó de forma independiente a la misma conclusión y la publicó en 1796. Mitchell señaló en una reseña profética que, aunque tales objetos eran invisibles, "si hubiera otros objetos luminosos orbitando alrededor de ellos, aún sería posible inferir el movimiento del objeto central a partir de los movimientos de estos objetos en órbita". En otras palabras, Mitchell cree que si existe un agujero negro en una estrella binaria, será más fácil identificarlo. Sin embargo, esta idea de que existían estrellas negras se olvidó en el siglo XIX y volvió a surgir en las discusiones sobre la teoría general de la relatividad de Albert Einstein cuando los astrónomos se dieron cuenta de que los agujeros negros podían crearse de otra manera.
El astrónomo Karl Schwarzschild, que sirvió en el Frente Oriental durante la Primera Guerra Mundial, fue uno de los primeros en analizar las conclusiones de la teoría de Einstein. La relatividad general explica la gravedad como resultado de la curvatura del espacio-tiempo cercano a la materia. Schwarzschild calculó un modelo matemático riguroso de las características geométricas del espacio-tiempo alrededor de un objeto esférico y se lo envió a Einstein. Este último los remitió a la Academia de Ciencias de Prusia a principios de 1916. Estos cálculos demostraron que "cualquier" masa tiene un radio crítico, ahora llamado radio de Schwarzschild, que corresponde a una deformación extrema del espacio-tiempo, de modo que si la masa se aprieta dentro del radio crítico, el espacio se curvará alrededor del objeto, y Sepáralo del resto del universo. En realidad, se convierte en un universo separado de cualquier cosa (luz).
Para el Sol, el radio de Schwarzschild es de mil metros, y para la Tierra, es igual a 0,88 centímetros. Esto no significa que exista lo que ahora se llama un agujero negro (término utilizado por primera vez por John Wheeler en 1967) en el centro del Sol o de la Tierra. A esta distancia del centro del cuerpo celeste, no hay anomalías en el espacio ni en el tiempo. Los cálculos de Schwarzschild muestran que si el Sol se comprime en una esfera con un radio de 2,9 kilómetros, o si la Tierra se comprime en una esfera con un radio de sólo 0,88 centímetros, quedarán permanentemente aislados del universo exterior en un agujero negro. La materia todavía puede caer en un agujero negro de este tipo, pero nada puede escapar.
Estas conclusiones fueron consideradas tesoros puramente matemáticos durante décadas porque nadie pensaba que los objetos reales y reales pudieran colapsar hasta las densidades extremas necesarias para formar un agujero negro. Las enanas blancas se conocieron en la década de 1920, pero incluso una enana blanca tiene aproximadamente la misma masa que el Sol pero el mismo tamaño que la Tierra, y su radio es mucho mayor que 3 kilómetros. Tampoco se dio cuenta a tiempo de que la presencia de una gran cantidad de materia de densidad ordinaria podría crear un agujero negro de la misma naturaleza que el imaginado por Mitchell y Laplace.
El radio de Schwarzschild correspondiente a cualquier masa m viene dado por la fórmula 2GM/c2, donde g es la constante gravitacional. c es la velocidad de la luz.
En la década de 1930, Braman Chandrasekhar demostró que incluso una estrella enana blanca es estable sólo si su masa es inferior a 1,4 veces la del Sol. Cualquier estrella muerta más pesada que esta colapsará aún más. Algunos investigadores creen que esto podría llevar a la posibilidad de que se formen estrellas de neutrones. El radio típico de una estrella de neutrones es sólo aproximadamente 1/700 del de una enana blanca, es decir, unos pocos kilómetros. Sin embargo, la idea no fue ampliamente aceptada hasta el descubrimiento de los púlsares a mediados de la década de 1960, lo que demostró la existencia de estrellas de neutrones.
Esto ha reavivado el interés en la teoría de los agujeros negros, ya que las estrellas de neutrones casi se están convirtiendo en agujeros negros. Aunque es difícil imaginar comprimir el Sol en un radio inferior a 2,9 kilómetros, ahora se sabe que existen estrellas de neutrones con la misma masa que el Sol y un radio inferior a 10 kilómetros, y que las estrellas de neutrones son sólo una Aléjate de los agujeros negros.
Los estudios teóricos muestran que el comportamiento de un agujero negro está definido por sólo tres de sus características: masa, carga y rotación (momento angular). La solución de Schwarzschild de las ecuaciones de Einstein describe un agujero negro sin carga y sin rotación. La solución de Reisner-Nordstrom describe un agujero negro cargado y no giratorio. La solución de Kerr describe un agujero negro sin carga y sin rotación. La solución de Kerr-Newman describe un agujero negro con carga y rotación. Los agujeros negros no tienen otras características, lo que se ha resumido en el famoso dicho 'los agujeros negros no tienen pelo'. Un agujero negro real debería girar sin carga, por lo que la solución de Kerr es la más interesante.
Ahora se cree que tanto los agujeros negros como las estrellas de neutrones se crearon en la agonía de las explosiones de supernovas en las epiestrellas. Los cálculos muestran que cualquier remanente denso de supernova con una masa inferior a 3 veces la masa del Sol ("Oppenheimer" - límite de Wokov) puede formar una estrella de neutrones estable, pero cualquier remanente denso de supernova con una masa mayor que este límite colapsará en una agujero negro, su contenido será presionado hacia la singularidad en el centro del agujero negro, que es la inversión especular de la singularidad del Big Bang donde nació el universo. Si un objeto así estuviera en órbita alrededor de una estrella ordinaria, despojaría de material a la estrella compañera, formando un disco de acreción hecho de material caliente recogido en el agujero negro. La temperatura en el disco de acreción puede ser lo suficientemente alta como para irradiar rayos X, lo que permite detectar agujeros negros.
A principios de la década de 1970, la predicción de Mitchell se hizo eco: un objeto de este tipo fue descubierto en un sistema estelar binario. Una fuente de rayos X llamada Cygnus X-1 resultó ser la estrella HDE226868. La dinámica orbital de este sistema indica que los rayos X de esta fuente provienen de un objeto más pequeño que la Tierra en órbita alrededor de una estrella visible, pero la fuente tiene una masa mayor que el límite de Oppenheimer-Volkov. Esto sólo puede ser un agujero negro. Desde entonces, se han descubierto varios otros agujeros negros utilizando el mismo método. En 1994, el mejor 'candidato' a agujero negro hasta el momento era V404 Cygnus, un sistema de una estrella con el 70% de la masa del Sol que orbitaba una fuente de rayos X con aproximadamente 12 veces la masa del Sol. Sin embargo, estos agujeros negros reconocidos probablemente sean sólo la punta del iceberg.
Mitchell se dio cuenta de que tales agujeros negros de "masa estelar" sólo podían detectarse en sistemas estelares binarios. Un agujero negro aislado hace honor a su nombre: es oscuro e indetectable. Sin embargo, según la teoría de la astrofísica, muchas estrellas deberían llegar a ser estrellas de neutrones o agujeros negros. De hecho, los observadores han detectado casi tantos candidatos a agujeros negros adecuados en sistemas binarios como en sistemas binarios de púlsares, lo que significa que el número de agujeros negros aislados de masa estelar debería ser el mismo que el número de púlsares aislados, que se obtiene mediante Apoyado en cálculos teóricos. En la actualidad hay alrededor de 500 púlsares activos conocidos en nuestra galaxia. Pero la teoría muestra que los púlsares están activos como fuentes de radio durante un corto período de tiempo y rápidamente colapsan en un estado de silencio indetectable. Por lo tanto, debería haber más púlsares (estrellas de neutrones silenciosas) "muertos" a nuestro alrededor. Nuestro dedo galáctico contiene 10 mil millones de estrellas brillantes y existe desde hace miles de millones de años. La mejor estimación es que nuestros dedos galácticos contienen hoy 400 millones de púlsares muertos, ¿e incluso las estimaciones conservadoras del número de agujeros negros de masa estelar alcanzan esta cifra? -100 millones. Si realmente hay tantos agujeros negros y los agujeros negros están dispersos irregularmente a lo largo de la Vía Láctea, entonces el agujero negro más cercano está a sólo 15 años luz de distancia. Dado que nuestra galaxia no tiene nada de único, otras galaxias del universo deberían contener la misma cantidad de agujeros negros.
Los circuitos integrados
Las galaxias también pueden contener algo muy similar a las "estrellas negras" originalmente imaginadas por Laplace de Mitchell. Se cree que estos objetos, ahora conocidos como "agujeros negros supermasivos", existen en los centros de galaxias y quásares activos, y la energía gravitacional que proporcionan puede explicar la enorme fuente de energía de estos objetos. Un agujero negro del tamaño del sistema solar y millones de veces la masa del sol puede tragarse una o dos estrellas de su entorno cada año. En este proceso, una gran parte de la masa de la estrella se convertirá en energía según la división del trabajo de Einstein E=mc2. Puede existir un agujero negro silencioso y supermasivo en un grupo de materia de todas las estrellas, incluida nuestra propia galaxia. Si su campo gravitacional es tan fuerte que dobla completamente el espacio-tiempo, envolviéndose de modo que nada, ni siquiera la luz, pueda escapar, entonces se le llama agujero negro. No hay mucha materia comprimida a densidades muy altas (como la Tierra comprimida al tamaño de un guisante), ni masa de muy baja densidad (como unos pocos millones de veces la masa del sol, extendida en una bola del diámetro de la órbita solar).
La primera persona en proponer la posibilidad de un "agujero negro" cuya gravedad es demasiado fuerte para que la luz escape fue John Mitchell, un miembro distinguido de la Royal Society. , quien lo presentó a la Royal Society en 1783. Los cálculos de Mitchell se basaron en la teoría de la gravedad de Newton, que era la mejor teoría de la gravedad en ese momento, y esta última, que imaginaba la luz como una corriente de partículas diminutas (ahora llamadas fotones). Mitchell creía que estas partículas de luz deberían verse afectadas por la gravedad como cualquier otro objeto. Debido a que Ole Romer había medido con precisión la velocidad de la luz 100 años antes, Mitchell pudo calcular lo que tendría un objeto con la densidad del Sol. ¿Qué tan grande puede ser la velocidad de escape que la velocidad de la luz?
Si existe un cuerpo celeste así, la luz no puede escapar, por lo que debería ser negra. El sol es sólo el 0,2% de la velocidad de la luz, pero si imaginamos una serie de objetos cada vez más grandes con la misma densidad que el sol, la velocidad de escape aumentará rápidamente, Mitchell señaló que la velocidad de escape de tal objeto es 500 veces. el diámetro del sol (similar al tamaño del sistema solar) debería exceder la velocidad de la luz. Pierre Laplace llegó de forma independiente a la misma conclusión, y en una reseña profética publicada en 1796, Mitchell señaló que aunque tal. Los objetos eran invisibles, ' Si hay otros objetos luminosos orbitando alrededor de ellos, todavía es posible inferir la existencia del objeto central basándose en el movimiento de estos objetos en órbita. En otras palabras, Mitchell cree que si hay un negro. agujero en la estrella binaria, será más fácil de identificar. Sin embargo, esta idea de que existían estrellas negras se olvidó en el siglo XIX, hasta que los astrónomos se dieron cuenta de que los agujeros negros se podían crear de otra manera, y se recuperó cuando se discutió. La teoría general de la relatividad de Albert Einstein.
El astrónomo Karl Schwarzschild, que sirvió en el Frente Oriental durante la Primera Guerra Mundial, fue uno de los primeros en analizar las consecuencias de la teoría de la relatividad general de Einstein, que explica la gravedad como La curvatura del espacio-tiempo cerca de la materia. El resultado. Schwarzschild calculó modelos matemáticos rigurosos de las características geométricas del espacio-tiempo alrededor de objetos esféricos y los envió a la Academia de Ciencias de Prusia a principios de 1916. Estos cálculos demostraron que "cualquier" masa tiene. una masa crítica El radio, ahora llamado radio de Schwarzschild, corresponde a una deformación extrema del espacio-tiempo, de modo que si la masa se comprime dentro del radio crítico, el espacio se curvará alrededor del objeto, aislándolo del resto del universo.
Para el Sol, el radio de Schwarzschild es de mil metros, y para la Tierra, es igual a 0,88 centímetros. En el centro del Sol o de la Tierra se encuentra. lo que hoy se llama agujero negro (el término fue utilizado por primera vez por John Wheeler en 1967) A esta distancia del centro del cuerpo celeste no hay anomalías en el espacio-tiempo. Los cálculos de Schwarzschild muestran que si el Sol se comprime en una esfera con un radio de 2,9 kilómetros, o si la Tierra se comprime en una esfera con un radio de sólo 0,88 centímetros, quedarán permanentemente aislados del universo exterior en un agujero negro. La materia todavía puede caer en un agujero negro de este tipo, pero nada puede escapar.