¿Qué es un agujero negro?

📌 El Agujero negro, cuerpo cósmico de gravedad extremadamente intensa del que nada, ni siquiera la luz , puede escapar. Un agujero negro puede formarse por la muerte de una estrella masiva.

Un agujero negro es un lugar en el espacio donde la gravedad tira tanto que incluso la luz no puede salir. La gravedad es tan fuerte porque la materia se ha comprimido en un espacio diminuto. Esto puede suceder cuando una estrella está muriendo.Agujero Negro

Debido a que no se puede salir la luz, las personas no pueden ver los agujeros negros. Ellos son invisibles Los telescopios espaciales con herramientas especiales pueden ayudar a encontrar agujeros negros.

Las herramientas especiales pueden ver cómo las estrellas que están muy cerca de los agujeros negros actúan de manera diferente que otras estrellas.

¿Qué tan grandes son los agujeros negros?

Los agujeros negros pueden ser grandes o pequeños. Los científicos piensan que los agujeros negros más pequeños son tan pequeños como un solo átomo.

Estos agujeros negros son muy pequeños pero tienen la masa de una gran montaña. La masa es la cantidad de materia, o “cosas”, en un objeto.

Otro tipo de agujero negro se llama “estelar”. Su masa puede ser hasta 20 veces más que la masa del sol. Puede haber muchos, muchos agujeros negros de masa estelar en la galaxia de la Tierra. La galaxia de la Tierra se llama Vía Láctea.

Los agujeros negros más grandes se llaman “supermasivos”. Estos agujeros negros tienen masas que son más de 1 millón de soles juntos.

Los científicos han encontrado pruebas de que cada galaxia grande contiene un agujero negro supermasivo en su centro.

El agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia de la Vía Láctea se llama Sagitario.

Tiene una masa igual a 4 millones de soles y cabría dentro de una bola muy grande que podría contener unos pocos millones de Tierras.

¿Cómo se forman los agujeros negros?

Los científicos piensan que los agujeros negros más pequeños se formaron cuando comenzó el universo.

Los agujeros negros estelares se producen cuando el centro de una estrella muy grande cae sobre sí mismo o se derrumba.

Cuando esto sucede, causa una supernova. Una supernova es una estrella explosiva que destruye parte de la estrella en el espacio.

Los científicos piensan que los agujeros negros supermasivos se hicieron al mismo tiempo que la galaxia en la que se encuentran.

Si los agujeros negros son “negros”, ¿cómo saben los científicos que están ahí?

No se puede ver un agujero negro porque la fuerte gravedad atrae toda la luz hacia el centro del agujero negro.

Pero los científicos pueden ver cómo la fuerte gravedad afecta las estrellas y el gas alrededor del agujero negro.

Los científicos pueden estudiar estrellas para descubrir si están volando alrededor u orbitando alrededor de un agujero negro.

Cuando un agujero negro y una estrella están juntos, se produce una luz de alta energía. Este tipo de luz no se puede ver con ojos humanos. Los científicos usan satélites y telescopios en el espacio para ver la luz de alta energía.

¿Podría un agujero negro destruir la Tierra?

Los agujeros negros no van por el espacio comiendo estrellas, lunas y planetas. La Tierra no caerá en un agujero negro porque ningún agujero negro está lo suficientemente cerca del sistema solar para que la Tierra lo haga.

Incluso si un agujero negro de la misma masa que el sol tomara el lugar del sol, la Tierra aún no caería.

El agujero negro tendría la misma gravedad que el sol. La Tierra y los otros planetas orbitarían el agujero negro mientras orbitan alrededor del sol.

El sol nunca se convertirá en un agujero negro. El sol no es una estrella lo suficientemente grande como para hacer un agujero negro.

¿Cómo está estudiando NASA los agujeros negros?

La NASA está utilizando satélites y telescopios que viajan en el espacio para aprender más sobre los agujeros negros. Estas naves espaciales ayudan a los científicos a responder preguntas sobre el universo.

Albert Einstein predijo por primera vez los agujeros negros en 1916 con su teoría general de la relatividad.

El término “agujero negro” fue acuñado en 1967 por el astrónomo estadounidense John Wheeler , y el primero fue descubierto en 1971.

Hay tres tipos:

  1. Agujeros negros estelares.
  2. Los Agujeros negros supermasivos.
  3. Agujeros negros intermedios.

Agujeros negros estelares:

pequeños pero mortales

Cuando una estrella quema el último combustible, puede colapsar o caer sobre sí misma. Para estrellas más pequeñas, hasta aproximadamente tres veces la masa del sol, el nuevo núcleo será una estrella de neutrones o una enana blanca.

Pero cuando una estrella más grande se colapsa, continúa comprimiéndose y crea un agujero negro estelar .

Los agujeros negros formados por el colapso de estrellas individuales son (relativamente) pequeños, pero increíblemente densos.

Tal objeto empaca tres veces o más la masa del sol en un rango de tamaño de ciudad. Esto lleva a una gran cantidad de fuerza gravitatoria tirando de los objetos que lo rodean.

Los agujeros negros consumen el polvo y el gas de la galaxia que los rodea, creciendo en tamaño.

Según el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica , “la Vía Láctea contiene unos pocos cientos de millones” de agujeros negros estelares.

Agujeros negros supermasivos:

El nacimiento de gigantes

Pequeños agujeros negros pueblan el universo, pero sus primos, agujeros negros supermasivos, dominan.

Los agujeros negros supermasivos son millones o incluso billones de veces tan masivos como el sol, pero tienen un radio similar al de la estrella más cercana de la Tierra.

Se cree que estos agujeros negros se encuentran en el centro de casi todas las galaxias, incluida la Vía Láctea .

Los científicos no están seguros de cómo esos grandes agujeros negros engendran. Una vez que se han formado, recogen masa del polvo y el gas que los rodea, material que es abundante en el centro de las galaxias, lo que les permite crecer hasta alcanzar tamaños enormes.

Los agujeros negros supermasivos pueden ser el resultado de cientos o miles de pequeños agujeros negros que se fusionan.

Las grandes nubes de gas también podrían ser responsables, colapsando juntas y acrecentando rápidamente la masa.

Una tercera opción es el colapso de un grupo estelar, un grupo de estrellas cayendo todas juntas.

Agujeros negros intermedios – atrapados en el medio

Los científicos alguna vez pensaron que los agujeros negros solo se encontraban en tamaños pequeños y grandes, pero investigaciones recientes revelaron la posibilidad de la existencia de agujeros negros medianos o intermedios (IMBH).

Tales cuerpos podrían formarse cuando las estrellas en un grupo colisionan en una reacción en cadena.

Varios de estos formando en la misma región podrían eventualmente caer juntos en el centro de una galaxia y crear un agujero negro supermasivo.

En 2014, los astrónomos encontraron lo que parecía ser un agujero negro de masa intermedia en el brazo de una galaxia espiral.

“Los astrónomos han estado buscando estos agujeros negros de tamaño mediano”, dijo en un comunicado el coautor Tim Roberts, de la Universidad de Durham en el Reino Unido .

“Ha habido indicios de que existen, pero IMBH ha estado actuando como un pariente perdido hace mucho tiempo que no está interesado en ser encontrado”.

Teoría del agujero negro: cómo marcan

Los agujeros negros son increíblemente masivos, pero cubren solo una pequeña región. Debido a la relación entre la masa y la gravedad, esto significa que tienen una fuerza gravitacional extremadamente poderosa.

Prácticamente nada puede escapar de ellos: bajo la física clásica, incluso la luz es atrapada por un agujero negro.

Un tirón tan fuerte crea un problema de observación cuando se trata de agujeros negros: los científicos no pueden “verlos” de la misma manera que pueden ver estrellas y otros objetos en el espacio.

En cambio, los científicos deben confiar en la radiación que se emite a medida que el polvo y el gas ingresan en las criaturas densas.

Los agujeros negros supermasivos, que se encuentran en el centro de una galaxia, pueden verse envueltos por el polvo y el gas espeso que los rodea, lo que puede bloquear las emisiones reveladoras.

A veces, cuando la materia es atraída hacia un agujero negro, rebota en el horizonte de sucesos y es lanzada hacia afuera, en lugar de ser arrastrada hacia las fauces. Se crean brillantes chorros de material que viajan a velocidades casi relativistas.

Aunque el agujero negro en sí permanece invisible, estos poderosos chorros se pueden ver desde grandes distancias.

Los agujeros negros tienen tres “capas”: el horizonte de eventos externo e interno y la singularidad.

La gravedad

El horizonte de sucesos de un agujero negro es el límite alrededor de la boca del agujero negro donde la luz pierde su capacidad de escapar. Una vez que una partícula cruza el horizonte de sucesos, no puede salir. La gravedad es constante en todo el horizonte de eventos.

La región interior de un agujero negro, donde se encuentra su masa, se conoce como su singularidad , el único punto en el espacio-tiempo donde se concentra la masa del agujero negro.

Bajo la mecánica clásica de la física, nada puede escapar de un agujero negro. Sin embargo, las cosas cambian ligeramente cuando la mecánica cuántica se agrega a la ecuación.

Bajo la mecánica cuántica, para cada partícula, hay una antipartícula, una partícula con la misma masa y carga eléctrica opuesta. Cuando se encuentran, los pares de partículas y antipartículas pueden aniquilarse entre sí.

Si se crea un par partícula-antipartícula justo más allá del alcance del horizonte de sucesos de un agujero negro, es posible que uno se arrastre al agujero negro y el otro se expulse.

El resultado es que el horizonte de eventos del agujero negro se ha reducido y los agujeros negros pueden decaer, un proceso que se rechaza bajo la mecánica clásica.

Los científicos todavía están trabajando para comprender las ecuaciones por las cuales funcionan los agujeros negros.

Luz brillante en los agujeros negros binarios

En 2015, los astrónomos que utilizaron el interferómetro láser de ondas gravitatorias (LIGO) realizaron la primera detección de ondas gravitacionales.

Desde entonces, el instrumento ha observado varios otros incidentes. Las ondas gravitatorias detectadas por LIGO provienen de la fusión de los agujeros negros estelares.

“Tenemos confirmación adicional de la existencia de agujeros negros de masa estelar que son más grandes que 20 masas solares; estos son objetos que no sabíamos que existían antes de que LIGO los detectara”, dijo en un comunicado David Shoemaker del MIT.

Shoemaker es el portavoz de LIGO Scientific Collaboration (LSC), un cuerpo de más de 1.000 científicos internacionales que realizan investigaciones LIGO junto con Virgo Collaboration, con sede en Europa.

Las observaciones de LIGO también proporcionan información sobre la dirección en que gira un agujero negro.

Como un par de agujeros negros giran uno alrededor del otro, pueden girar en la misma dirección o pueden ser completamente diferentes.

Evidencias

“Esta es la primera vez que tenemos evidencia de que los agujeros negros pueden no estar alineados, dándonos una pequeña pista de que pueden formarse agujeros negros binarios en densos cúmulos estelares”, dijo el investigador de LIGO Bangalore Sathyaprakash de Penn State y la Universidad de Cardiff.

Hay dos teorías sobre cómo se forman los agujeros negros binarios. El primero sugiere que se formaron aproximadamente al mismo tiempo, a partir de dos estrellas que nacieron juntas y murieron explosivamente aproximadamente al mismo tiempo.

Las estrellas compañeras tendrían la misma orientación de giro, por lo que los agujeros negros que dejaron atrás también lo harían.

Modelos

Bajo el segundo modelo, los agujeros negros en un grupo estelar se hunden en el centro del grupo y se emparejan.

Estos compañeros tendrían orientaciones de giro aleatorias comparadas entre sí. Las observaciones de LIGO de los agujeros negros acompañantes con orientaciones de espín diferentes proporcionan una evidencia más sólida para esta teoría de la formación.

“Estamos empezando a recopilar estadísticas reales sobre los sistemas de agujeros negros binarios”, dijo la científica de LIGO Keita Kawabe de Caltech, que tiene su base en el Observatorio LIGO Hanford.

“Eso es interesante porque algunos modelos de formación binaria de agujeros negros son más favorecidos que otros incluso ahora y, en el futuro, podemos reducir aún más esto”.

Datos interesantes sobre los agujeros negros

Si caíste en un agujero negro, la teoría ha sugerido durante mucho tiempo que la gravedad te estiraría como un espagueti, aunque tu muerte llegaría antes de que alcances la singularidad.

Pero un estudio de 2012 en Nature sugiere que los efectos cuánticos causarían que el horizonte de sucesos actuara como una pared de fuego, quemando instantáneamente a alguien hasta la muerte.

Los agujeros negros no “chupan”. La succión es causada por tirar algo al vacío, lo que definitivamente no es el agujero negro masivo.

Emisiones

El primer objeto considerado como un agujero negro es Cygnus X-1 . Los cohetes que llevaban contadores Geiger descubrieron ocho nuevas fuentes de rayos X.

En 1971, los científicos detectaron emisiones de radio provenientes de Cygnus X-1, y un compañero oculto masivo fue encontrado e identificado como un agujero negro.

Cygnus X-1 fue el sujeto de una apuesta amistosa de 1974 entre Stephen Hawking y un físico compañero Kip Thorne , con Hawking apostando que la fuente no era un agujero negro.En 1990, admitió la derrota.

Los agujeros negros en miniatura pueden haberse formado inmediatamente después del Big Bang.

El espacio que se expande rápidamente puede haber comprimido algunas regiones en pequeños y densos agujeros negros menos masivos que el sol.

Si una estrella pasa demasiado cerca de un agujero negro, puede romperse .

Los astrónomos estiman que hay entre 10 y mil millones de agujeros negros estelares, con masas aproximadamente tres veces mayores que el sol, en la Vía Láctea.

La interesante relación entre la teoría de cuerdas y los agujeros negros da lugar a más tipos de gigantes masivos que los encontrados en la mecánica clásica convencional.

Los agujeros negros siguen siendo un excelente alimento para libros de ciencia ficción y películas. Echa un vistazo a la ciencia detrás de la película ” Interstellar ” , que se basó en gran medida en el físico teórico Kip Thorne para llevar la ciencia real a la función de Hollywood.

De hecho, trabajar con los efectos especiales del éxito de taquilla conduce a una mejora en la comprensión científica de cómo pueden aparecer estrellas distantes cuando se ve cerca de un agujero negro que gira rápidamente.

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