Agujero Negro

En esta oportunidad presento como tema a un fenómeno cósmico conocido como agujero negro (black hole).

Se lo define como un lugar en el espacio-tiempo (según varias teorías físicas es la unión de las tres dimensiones espaciales “altura, anchura y profundidad” más la dimensión temporal, de esta manera se pueden describir todos los eventos físicos que ocurren en el universo) el cual esta sometido a una gran concentración de masa, lo cual produce un extremo aumento de la densidad, hasta llegar a niveles tan poderosos que ninguna partícula incluyendo la luz puede escapar, debido a esta razón resulta imposible verlos directamente y solo se pueden detectar los efectos que causa en otros cuerpos cercanos.

La gravedad en un agujero negro (también llamada curvatura en el espacio-tiempo) es tan poderosa que provoca una singularidad (es decir una hipersuperficie o punto que tiende hacia cero donde existe una descomunal cantidad de materia donde las leyes matemáticas, y físicas “incluida la relatividad general” no tienen validez) la cual esta rodeada por una superficie cerrada conocida como horizonte de sucesos (una frontera del espacio-tiempo, donde los eventos de un lado de esta frontera no causan efecto al otro lado, sin embargo esta relación no es necesariamente simétrica o biyectiva) que separa al agujero negro del resto del universo

Simulación de un agujero negro con disco de acreción y chorro toroidal formando un sistema binario con una estrella, la cual pierde su materia dentro del agujero negro

En 1783 el geólogo inglés John Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces superior al Sol y de la misma densidad tendría en su superficie una velocidad de escape igual a la de la luz, y por tanto sería invisible. La Teoría General de la Relatividad desarrollada por Albert Einstein en 1915 demostró que la luz era influenciada por la interacción gravitatoria, unos meses después Karl Schwarzschild solucionó una de las ecuaciones de Einstein, con un cuerpo pesado absorbería la luz, calculando el Radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira llamado también Radio de Schwarzschild. En 1930 Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con masa crítica (limite de Chandrasekhar) que no emitiese radiación colapsaría por su propia gravedad, por que nada podría frenarla, sin embargo Arthur Eddington se opuso a la idea de que este cuerpo alcanzara un tamaño nulo, debiendo existir algo que detuviera el colapso. En 1939 Robert Oppenhimer predijo los agujeros negros podrían formarse en la naturaleza debido al colapso de una estrella masiva, en 1967 Stephen Hawking y Roger Penrose demostraron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein

La gravedad tiende a crecer en un cuerpo con una masa mayor, así la gravedad en el planeta Tierra es de aproximadamente 9.8 m/seg^2, esta medida también es conocida como 1 G, para comparar la intensidad de la gravedad en diferentes cuerpos celestes, en la Luna la gravedad es aproximadamente 0.167 G, en el Sol es de casi 30 G, es decir un cuerpo es atraído hacia el centro del Sol con una fuerza casi 30 veces mayor que hacia la el centro de la Tierra. Cuando una estrella que supera el limite de Chandrasekhar (aproximadamente 1.44 masas solares) termina de utilizar su combustible (hidrógeno y helio) seguirá intentando realizar fusiones nucleares para general energía, pero llegará a un límite en que la degeneración de los electrones sea inferior a la gravedad, y por lo tanto la estrella colapsa originándose una estrella de neutrones si la gravedad puede incluso superar a la resistencia de la estructura de los neutrones, se presentará la singularidad en que la estrella seguirá contrayéndose con tendencia hacia cero, mientras que la gravedad sigue creciendo con tendencia hacia infinito, por esta razón cualquier cuerpo que atraviese el horizonte de sucesos, ya no puede escapar del agujero negro. Incluyendo a la luz


Animación generada por computadora de un agujero negro basado en información recolectada en conjunto por: El telescopio espacial Hubble, el telescopio infrarrojo Spitzer, el observatorio astronómico VLA (Very Large Array), el MERLIN (Multi-Element Radio Linked Interferometer Network) y el observatorio Chandra de Rayos X

Teóricamente los agujeros negros se clasifican en:
Agujeros Negros primordiales: Aquellos que debieron formarse en las primeras etapas temporales del Universo, ninguno ha sido observado

Según su momento angular: se subdividen en:
Agujero negro sin carga ni momento angular o agujero negro de Schwarzschild
Agujero negro rotatorio (con carga mayor a cero)

Según su masa: se subdividen en:
Agujero negro súper masivo: Su masa es de varios millones de veces la masa del sol, se encuentran en el corazón de muchas galaxias
Agujero negro de masa estelar: Se forman cuando una estrella cuya masa es 2,5 veces mayor que la del Sol se convierte en supernova e implosiona.

Un agujero negro es invisible, pero su disco de acrecimiento (es una estructura en forma de disco o a veces extendido verticalmente formándose una estructura toroidal) formado por materia con momento angular, carga eléctrica y masa, la cual atravesará en algún momento el horizonte de sucesos, el efecto que provoca la luz atraída por un agujero negro es visible desde la Tierra por la desviación momentánea que produce en las posiciones estelares conocidas, si su luz es interceptada. En algunas ocasiones se observa un fenómeno conocido como chorro de plasma, el cual es una visible cantidad de materia que parecen salir expulsada del agujero negro, sin embargo esto es imposible, la explicación es que cuando un cuerpo celeste es atrapado por la gravedad de un agujero negro, este tiende a presionar tan fuertemente al cuerpo que este se deforma y una pequeña parte de su contenido sale expulsado hacia el exterior a velocidades cercanas a la luz.

Imagen tomada por el Telescopio espacial Hubble del chorro de plasma expulsado del centro de la galaxia M87 donde habría un agujero negro súper masivo

En cuanto a lo que ocurre dentro de un agujero negro hasta ahora es imposible saberlo, se teoriza la posibilidad de que se viole el segundo principio de la termodinámica (es decir que la energía en un sistema cerrado tiende a alcanzar un equilibrio térmico, por lo tanto no debe haber flujos de calor entre los cuerpos dentro del sistema). Según Stephen Hawking (quien se retracto de su teoría de la violación del principio de la termodinámica) la entropía (la parte de la energía que no se utiliza para generar trabajo) también se conserva ya que la llamada “Radiación Hawking” que es una fuente de rayos X que podrían escapar del horizonte de sucesos

En Abril de 2008 fue identificado el agujero negro más pequeño conocido hasta ahora por los astrónomos del Centro de Vuelo Espacial de la NASA Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk, utilizando el satélite de la NASA “Rossi X – Ray Timing Explorer” midiendo las oscilaciones de gas caliente que se acumulan en torno al agujero negro. Este agujero negro se encuentra en la zona “Sur” de la constelación Ara (El Altair), en la Vía Láctea su masa es de 3.8 soles y tiene solo 24 kilómetros de ancho. Su nombre es J1650

Al otro lado de la escala en Diciembre de 2007 fue localizado el agujero negro, denominado IC 10 X-1, está en la constelación de Casiopea cerca de la galaxia enana IC 10, a 1,8 millones de años luz de la Tierra con una masa de entre 24 y 33 veces la del Sol se considera el mayor hasta la fecha el cual fue descubierto utilizando el observatorio de rayos X Chandra y el satélite Swift. Sin embargo en abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Turku (Finlandia) por un equipo de científicos dirigido por Mauri Valtonen que descubrió un sistema binario, un blazar (fuente de energía muy compacta situada en el centro de una galaxia es uno de los fenómenos más violentos del Universo) llamado OJ287, tal sistema está constituido por un agujero negro menor que orbita en torno al otro agujero negro súper masivo, la masa de este último sería de 18.000 millones de veces la del Sol. Se supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor golpea la ergósfera del mayor dos veces generándose un quásar (fuente de energía electromagnética que incluyen radiofrecuencias y luz visible, por lo general muy lejanos).


Imagen de la galaxia IC 10, en donde se encuentra el mayor agujero negro encontrado hasta ahora (sin incluir los agujeros negros súper masivos)


Visión del sistema binario OJ287 formado por dos agujeros negros súper masivos

Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias se forman agujeros negros súper masivos, esto incluye también a nuestra galaxia (la Vía Láctea), en donde se encuentra el agujero negro súper masivo llamado Sagitario A* y del cual se cree que podría estar orbitado por un “enjambre” de 10.000 o más agujeros negros. También se cree que “mini-agujeros negros” podrían ser creados en un acelerador de partículas, lo que ha postulado la teoría de que estos paulatinamente se salieran de control y que literalmente se comieran al planeta Tierra


Imágenes del centro de la Vía Láctea (nuestra galaxia) donde esta agujero negro súper masivo Sagitario A* y sus acompañantes

Fuentes:

www.wikipedia.org
http://www.astromia.com/astronomia/negroagujero.htm
http://www.elmundo.es
http://www.astroenlazador.com/article.php3?id_article=695
http://www.astroenlazador.com/article.php3?id_article=304
http://www.surastronomico.com/noticias_ver.php?id=44&id_not=291