Agulero negro

[agujeros negros] 24 de octubre de 2014

Ing. Informática Página 1



Dedicatoria: Este trabajo está hecho con el fin de poder darle alegría a mis padres ya que ellos son el motor y motivo de que haya llegado a donde estoy y poder seguir adelante con mis metas


Índice:

DEDICATORIA 3

INDICE 4

INTRODUCCION 5

HISTORIA DE LOS AGUJEROS NEGROS 6-8

AGUJEROS NEGROS 9-13

CLASIFICACION DE LOS AGUJEROS NEGROS 14-15

DESCRIPCION TEORICA 16-20

FORMACION AGUJEROS NEGROS 21-26

¿COMO SE PUEDE OBSERVAR LOS AGUJEROS NEGROS? 27-32

EVIDENCIA 33-44

CONCLUSION 45

BIBLIOGRAFIA 46-47



I. INTRODUCCIÓN

Los agujeros negros que no son tan negros son una predicción derivada de la teoría de

la relatividad general de Einstein, la teoría moderna de la gravedad. Los agujeros

negros son singularidades que para los cálculos físicos y matemáticos tradicionales no

tienen un comportamiento predecible, únicamente la teoría de la relatividad se asemeja

a dicho comportamiento. Pueden haber más agujeros negros que

estrellas visibles en nuestro universo. Los agujeros negros pudieron ser formados por

las irregularidades en la expansión de nuestro universo o por el colapso gravitacional

de una estrella muy masiva. Debido a las propiedades de los agujeros negros, se han

creado muchas teorías y especulaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo y el

espacio a otro universo (una región del espacio-tiempo diferente de la nuestra) a través

de ellos.



II.Historia del agujero negro

Imagen simulada de cómo se vería un agujero negro

con una masa de diez soles, a una distancia de 600

kilómetros, con la vía láctea al fondo (ángulo

horizontal de la abertura de la cámara fotográfica:

90°).

El concepto de un cuerpo tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de él, fue

descrito en un artículo enviado en 1783 a la Royal Society por un geólogo inglés

llamado John Michell. Por aquel entonces la teoría de Newton de gravitación y el

concepto de velocidad de escape eran muy conocidas. Michell calculó que un cuerpo

con un radio 500 veces el del Sol y la misma densidad, tendría, en su superficie, una

velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible. En 1796,

el matemático francés Pierre-Simón Laplace explicó en las dos primeras ediciones de

su libro Exposición du Systeme du Monde la misma idea aunque, al ganar terreno la

idea de que la luz era una onda sin masa, en el siglo XIX fue descartada en ediciones

posteriores.



En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz era influida por

la interacción gravitatoria. Unos meses después, Karl Schwarzschild encontró una

solución a las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado absorbería la luz. Se

sabe ahora que el radio de Schwarzschild es el radio del horizonte de sucesos de un

agujero negro que no gira, pero esto no era bien entendido en aquel entonces. El

propio Schwarzschild pensó que no era más que una solución matemática, no física.

En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con una masa

crítica, (ahora conocida como límite de

Chandrasekhar) y que no emitiese radiación, colapsaría por su propia gravedad porque

no había nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la fuerza de

atracción gravitatoria sería mayor que la proporcionada por el principio de exclusión de

Pauli). Sin embargo, Eddington se opuso a la idea de que la estrella alcanzaría un

tamaño nulo, lo que implicaría una singularidad desnuda de materia, y que debería

haber algo que inevitablemente pusiera freno al colapso, línea adoptada por la mayoría

de los científicos.

En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapso

gravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza.



Esta teoría no fue objeto de mucha atención hasta los años 60 porque, después de

la Segunda Guerra Mundial, se tenía más interés en lo que sucedía a escala atómica.

En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son

soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se podía

impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso. La idea de agujero

negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales que llevaron al

descubrimiento de los púlsares. Poco después, en 1969, John Wheeler acuñó el

término "agujero negro" durante una reunión de cosmólogos en Nueva York, para

designar lo que anteriormente se llamó "estrella en colapso gravitatorio completo".



III .AGUJEROS NEGROS

DEFINICIÓN:

Los agujeros negros son cuerpos celestes con un campo gravitatorio tan fuerte que ni

siquiera la radiación electromagnética (La luz) puede escapar de su proximidad

cayendo inexorablemente en el agujero.

El cuerpo está rodeado por una frontera esférica, llamada "horizonte de sucesos", a

través de la cual la luz puede entrar, pero no puede salir, por lo que parece ser

completamente negro.

Se llama Horizonte de sucesos ya que el único suceso que puede ocurrir una vez

pasada la frontera es el de seguir cayendo en el agujero, ya que no hay velocidad

posible suficientemente grande como para escapar de la atracción gravitatoria, ni

siquiera a la velocidad de la luz se puede escapar (Aproximadamente 300.000

kilómetros por segundo)

Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad

con una masa relativamente pequeña, como la del Sol o inferior, que está condensada



en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy

grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia.

Hay dos tipos de agujeros negros: cuerpos de alta densidad y poca masa concentrada

en un espacio muy pequeño, y cuerpos de densidad baja pero masa muy grande, como

pasa en los centros de las galaxias. Si la masa de una estrella es más de dos veces la

del Sol, llega un momento en su ciclo en que ni tan solo los neutrones pueden soportar

la gravedad. La estrella se colapsa y se convierte en agujero negro. Stephen Hawking y

los conos luminosos

El científico británico Stephen W. Hawking ha dedicado buena parte de su trabajo al

estudio de los agujeros negros. En su libro Historia del Tiempo explica cómo, en una

estrella que se está colapsando, los conos luminosos que emite empiezan a curvarse

en la superficie de la estrella.

Al hacerse pequeña, el campo gravitatorio crece y los conos de luz se inclinan cada vez

más, hasta que ya no pueden escapar. La luz se apaga y se vuelve negro. Si un

componente de una estrella binaria se convierte en agujero negro, toma material de su

compañera. Cuando el remolino se acerca al agujero, se mueve tan deprisa que emite

rayos X. Así, aunque no se puede ver, se puede detectar por sus efectos sobre la

materia cercana



Los agujeros negros no son eternos. Aunque no se escape ninguna radiación, parece

que pueden hacerlo algunas partículas atómicas y subatómicas. Alguien que observase

la formación de un agujero negro desde el exterior, vería una estrella cada vez más

pequeña y roja hasta que, finalmente, desaparecería. Su influencia gravitatoria, sin

embargo, seguiría intacta.

Como en el Big Bang, en los agujeros negros se da una singularidad, es decir, las leyes

físicas y la capacidad de predicción fallan. En consecuencia, ningún observador

externo puede ver qué pasa dentro. Las ecuaciones que intentan explicar una

singularidad de los agujeros negros han de tener en cuenta el espacio y el tiempo. Las

singularidades se situarán siempre en el pasado del observador (como el Big Bang) o

en su futuro (como los colapsos gravitatorios). Esta hipótesis se conoce con el nombre

de "censura cósmica".

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 estos 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.

Propiedades:

El concepto de agujero negro lo desarrolló el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en

1916 sobre la base de la teoría de la relatividad de Albert Einstein. El radio del

horizonte de sucesos de un agujero negro de Schwarzschild solamente depende de la

masa del cuerpo: en kilómetros es 2,95 veces la masa del cuerpo en masas solares, es

decir, la masa del cuerpo dividida por la masa del Sol. Si un cuerpo está eléctricamente

cargado o está girando, los resultados de Schwarzschild se modifican. En la parte

exterior del horizonte se forma una "ergosfera", dentro de la cual la materia se ve

obligada a girar con el agujero negro. En principio, la energía sólo puede ser emitida

por la ergosfera.

Según la relatividad general, la gravitación modifica intensamente el espacio y el

tiempo en las proximidades de un agujero negro. Cuando un observador se acerca al

horizonte de sucesos desde el exterior, el tiempo se retrasa con relación al de

observadores a distancia, deteniéndose completamente en el horizonte, sin embargo

se sostiene que para la materia que está acercándose al horizonte de sucesos el

tiempo transcurre habitualmente cayendo inexorablemente al agujero negro..



IV.Clasificación teórica

TIPOS DE AGUJEROS NEGROS:

Según su origen, teóricamente pueden existir al menos tres clases de agujeros negros:

I-Según la masa:

Agujeros negros supermasivos :

Con masas de varios millones de masas solares. Se hallarían en el corazón de

muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a los componentes

esféricos de las galaxias.

Agujeros negros de masa estelar :

Se forman cuando una estrella de masa 2,5 veces mayor que la del Sol se convierte

en supernova e implosión. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño

que cada vez se va reduciendo más. Este es el tipo de agujeros negros postulados

por primera vez dentro de la teoría de la relatividad general.

Micro agujeros negros :

Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los estelares. Si son

suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período relativamente

corto mediante emisión de radiación de Hawking. Este tipo de entidades físicas es


http://es.wikipedia.org/wiki/Microagujero_negro

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_estelar

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_supermasivo


postulado en algunos enfoques de la gravedad cuántica, pero no pueden ser

generados por un proceso convencional de colapso gravitatorio, el cual requiere

masas superiores a la del Sol.

II-Según sus propiedades físicas:

Para un agujero negro descrito por las ecuaciones de Albert Einstein, existe un teorema

denominado de sin pelos (en inglés No-hair theorem), que afirma que cualquier objeto

que sufra un colapso gravitatorio alcanza un estado estacionario como agujero negro

descrito sólo por 3 parámetros: su masa , su carga y su momento angular . Así

tenemos la siguiente clasificación para el estado final de un agujero negro:

El agujero negro más sencillo posible es el agujero negro de Schwarzschild, que no

rota ni tiene carga. Si no gira pero posee carga eléctrica, se tiene el llamado agujero

negro de Reissner-Nordstrøm.Un agujero negro en rotación y sin carga es un agujero

negro de Kerr. Si además posee carga, hablamos de un agujero negro de Kerr-

Newman.Las cuatro soluciones anteriores pueden sistematizarse de la siguiente

manera:



Sin rotación (J = 0) Con rotación (J ≠ 0)

Sin carga (Q = 0) Schwarzschild Kerr

Con carga (Q ≠ 0) Reissner-Nordström Kerr-Newman

V.Descripción teórica

Zonas observables:

Representación artística de un agujero negro con una estrella del compañero de cerca

que se mueve en órbita alrededor que excede su límite de Roche. La materia en que

cae forma un disco de acrecimiento, con algo de la materia que es expulsada

en chorros polares colimados altamente energéticos.

En las cercanías de un agujero negro se suele formar un disco de acrecimiento,

compuesto de materia con momento angular, carga eléctrica y masa, la que es

afectada por la enorme atracción gravitatoria del mismo, ocasionando que

inexorablemente atraviese el horizonte y, por lo tanto, incremente el tamaño del

agujero.



En cuanto a la luz que atraviesa la zona del disco, también es afectada, tal como está

previsto por la Teoría de la Relatividad. El efecto es visible desde la Tierra por la

desviación momentánea que produce en posiciones estelares conocidas, cuando los

haces de luz procedentes de las mismas transitan dicha zona.

Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; sólo

se puede imaginar, suponer y observar sus efectos sobre la materia y la energía en las

zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera.

Uno de los efectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro es

su aparente capacidad para disminuir la entropía del Universo, lo que violaría los

fundamentos de la termodinámica, ya que toda materia y energía electromagnética que

atraviese dicho horizonte de sucesos, tienen asociados un nivel de entropía. Stephen

Hawking propone en uno de sus libros que la única forma de que no aumente la

entropía sería que la información de todo lo que atraviese el horizonte de sucesos siga

existiendo de alguna forma.

Otra de las implicaciones de un agujero negro supermasivo sería la probabilidad que

fuese capaz de generar su colapso completo, convirtiéndose en una singularidad

desnuda de materia.



La entropía en los agujeros negros:

La fórmula de Bekenstein-Hawking para la entropía de un agujero negro.

Según Stephen Hawking, en los agujeros negros se viola el segundo principio de la

termodinámica, lo que dio pie a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo

y agujeros de gusano. El tema está siendo motivo de revisión; actualmente Hawking se

ha retractado de su teoría inicial y ha admitido que la entropía de la materia se

conserva en el interior de un agujero negro (véase enlace externo). Según Hawking, a

pesar de la imposibilidad física de escape de un agujero negro, estos pueden terminar



evaporándose por la llamada radiación de Hawking, una fuente de rayos X que escapa

del horizonte de sucesos.

El legado que entrega Hawking en esta materia es de aquellos que, con poca

frecuencia en física, son calificados de bellos. Entrega los elementos matemáticos para

comprender que los agujeros negros tienen una entropía gravitacional intrínseca. Ello

implica que la gravedad introduce un nivel adicional de impredictibilidad por sobre la

incertidumbre cuántica. Parece, en función de la actual capacidad teórica, de

observación y experimental, como si la naturaleza asumiera decisiones al azar o, en su

efecto, alejadas de leyes precisas más generales.

La hipótesis de que los agujeros negros contienen una entropía y que, además, ésta es

finita, requiere para ser consecuente que tales agujeros emitan radiaciones térmicas, lo

que al principio parece increíble. La explicación es que la radiación emitida escapa del

agujero negro, de una región de la que el observador exterior no conoce más que su

masa, su momento angular y su carga eléctrica. Eso significa que son igualmente

probables todas las combinaciones o configuraciones de radiaciones de partículas que

tengan energía, momento angular y carga eléctrica iguales. Son muchas las

posibilidades de entes, si se quiere hasta de los más exóticos, que pueden ser emitidos

por un agujero negro, pero ello corresponde a un número reducido de configuraciones.



El número mayor de configuraciones corresponde con mucho a una emisión con un

espectro que es casi térmico.

Físicos como Jacob D. Bekenstein han relacionado a los agujeros negros y su entropía

con la teoría de la información. El trabajos de Bekenstein sobre teoría de la información

y agujeros negros sugirieron que la segunda ley seguiría siendo válida si se introducía

una entropía generalizada (Sgen) que sumara a la entropía convencional (Sconv), la

entropía atribuible a los agujeros negros que depende del área total (A) de agujeros

negros en el universo. Concretamente esta entropía generalizada debe definirse como:

Donde, k es la constante de Boltzmann, c es

la velocidad de la luz, G es la constante de gravitación

universal y es la constante de Planck racionalizada, y A el área del horizonte de

sucesos.



VI. FORMACIÓN DE UN AGUJERO NEGRO

Para entender la formación de un agujero negro, es importante entender el ciclo de

formación de una estrella. Una estrella se forma al concentrarse una gran cantidad de

gas, principalmente hidrógeno, las cuales, por gravedad empiezan a colapsarse entre

sí. Los átomos comienzan a chocar unos con otros, lo cual hace que el gas se caliente,

tanto que luego de un tiempo las partículas de hidrógeno forman partículas de helio por

fusión nuclear. Este calor hace que la estrella brille y que la presión del gas sea

suficiente para equilibrar la gravedad y el gas deja de contraerse. Las estrellas

permanecerán estables de esta forma por un largo periodo de tiempo, y mientras más

combustible tenga la estrella, más rápido se consume, debido a que tiene que producir

más calor.

Subrahmanyan Chandrasekhar, calculó lo grande que podría llegar a ser una estrella

que fuera capaz de soportar su propia gravedad, antes de que se acabe su

combustible. Descubrió una masa (aproximadamente 1.5 veces la masa del Sol) en la

que una estrella fría no podría soportar su gravedad. Esto es lo que se conoce como el

límite de Chandrasekhar. Si una estrella posee una masa menor a la del límite de

Chandrasekhar, puede estabilizarse y convertirse en una enana blanca, con un radio



de pocos kilómetros y una densidad de toneladas por cm3. Las estrellas de neutrones

también estan dentro del límite de Chandrasekhar, siendo para estas 3 masas solares,

y se mantienen por la repulsión de electrones. Su densidad es de millones de toneladas

por cm3, aquí se incluyen los púlsares, los cuales son estrellas de neutrones en

rotación. En 1939, Robert Openheimer describió lo que le sucedería a una estrella si

estuviera por fuera del límite de Chandrasekhar. El campo gravitatorio de la estrella

cambia los rayos de luz en el espacio - tiempo, ya que los rayos de luz se inclinan

ligeramente hacia dentro de la superficie de la estrella. Cada vez se hace más difícil

que la luz escape, y la luz se muestra más débil y roja para un observador. Cuando la

estrella alcanza un radio crítico, el campo gravitatorio crece con una intensidad que la

luz ya no puede escapar. Esta región es llamada hoy un agujero negro.

Si entendemos lo que significa la gravedad como 4ª dimensión y entendemos la

curvatura del universo, un agujero negro sería un lugar en el cual la curvatura sería

infinita. Dentro del horizonte de eventos, el espacio está tan curvo que nada se puede

escapar.



¿Cómo se forma un agujero negro?:

Pueden formarse durante el transcurso de la evolución estelar. Cuando el combustible

nuclear se agota en el núcleo de una estrella (Que sea casi 3 veces más grande que

nuestro sol), la presión asociada con el calor que produce ya no es suficiente para

impedir la contracción del núcleo debida a su propia gravedad. En esta fase de

contracción adquieren importancia dos nuevos tipos de presión. A densidades mayores

de un millón de veces la del agua, aparece una presión debida a la alta densidad de

electrones, que detiene la contracción en una enana blanca. Esto sucede para núcleos

con masa inferior a 1,4 masas solares. Si la masa del núcleo es mayor que esta

cantidad, esa presión es incapaz de detener la contracción, que continúa hasta

alcanzar una densidad de mil billones de veces la del agua. Entonces, otro nuevo tipo

de presión debida a la alta densidad de neutrones detendría la contracción en una

estrella de neutrones. Sin embargo, si la masa del núcleo sobrepasa las 2,7 masas

solares, ninguno de estos dos tipos de presión es suficiente para evitar que se hunda

hacia un agujero negro. Una vez que un cuerpo se ha contraído dentro de su radio de

Schwartschild, teóricamente se hundirá o colapsará en una singularidad, esto es, en un

objeto sin dimensiones, de densidad infinita.

Proceso de formación:



Los agujeros negros proceden de un proceso de colapso gravitatorio que fue

ampliamente estudiado a mediados de siglo XX por diversos científicos,

particularmente Robert Oppenheimer, Roger Penrose y Stephen Hawking entre otros.

Hawking, en su libro divulgativo Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros

negros (1988), repasa algunos de los hechos bien establecidos sobre la formación de

agujeros negros.

Dicho proceso comienza después de la muerte de una gigante roja (estrella de gran

masa), llámese muerte a la extinción total de su energía. Tras varios miles de millones

de años de vida, la fuerza gravitatoria de dicha estrella comienza a ejercer fuerza sobre

sí misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose en

una enana. En este punto, dicho proceso puede proseguir hasta el colapso de dicho

astro por la auto atracción gravitatoria que termina por convertir a esta enana blanca en

un agujero negro. Este proceso acaba por reunir una fuerza de atracción tan fuerte que

atrapa hasta la luz en éste.

En palabras más simples, un agujero negro es el resultado final de la acción de la

gravedad extrema llevada hasta el límite posible. La misma gravedad que mantiene a la

estrella estable, la empieza a comprimir hasta el punto que los átomos comienzan a



aplastarse. Los electrones en órbita se acercan cada vez más al núcleo atómico y

acaban fusionándose con los protones, formando más neutrones mediante el proceso:

Por lo que este proceso comportaría la emisión de un número elevado de neutrinos. El

resultado final, una estrella de neutrones. En este punto, dependiendo de la masa de la

estrella, el plasma de neutrones dispara una reacción en cadena irreversible, la

gravedad aumenta enormemente al disminuirse la distancia que había originalmente

entre los átomos. Las partículas de neutrones explosionan, aplastándose más,

logrando como resultado un agujero negro, que es una región del espacio-tiempo



limitada por el llamadohorizonte de sucesos. Los detalles de qué sucede con la materia

que cae más allá de este horizonte dentro de un agujero negro no se conocen porque

para escalas pequeñas sólo una teoría cuántica de la gravedad podría explicarlos

adecuadamente, pero no existe una formulación completamente consistente con dicha

teoría.

VII. ¿CÓMO PUEDE OBSERVARSE UN AGUJERO NEGRO?

Los agujeros negros tienen masa, la cual produce una fuerza gravitacional que afecta a

objetos cercanos. La fuerza gravitacional debe ser muy intensa cerca de los agujeros

negros, y podrían verse los efectos en su ambiente. El material que cae dentro del

agujero negro, y sería aplastado y calentado al tratar de colarse en la pequeña



garganta del agujero negro, por lo que produciría rayos-X. El primer ejemplo de un

agujero negro fue descubierto precisamente por ese efecto gravitacional en una estrella

acompañante, en 1971.

Cygnus X-1 es el nombre que se le dio a una fuente de rayos X en la constelación

Cygnus, descubierta en 1962 con un primitivo telescopio de rayos X que se envió a

bordo de un cohete. Para 1971, la localización de la fuente de rayos X en el cielo se

había medido con mayor precisión, usando observaciones de cohete y satélite. Un

avance fundamental se dio en marzo de 1971, cuando una nueva fuente de ondas de

radio se descubrió en Cygnus, cerca de la posición de la fuente de rayos X. La señal de

radio variaba exactamente al mismo tiempo que la intensidad de rayos X, una fuerte

evidencia de que la fuente de radio y la de rayos X eran el mismo objeto. Una estrella

débil llamada HDE 226868 aparece en la posición de esta fuente de radio. Los

astrónomos que estudiaban la luz de HDE 226868 habían encontrado dos hechos

importantes:

(1) HDE 226868 es una estrella supergigante azul -- una estrella normal, masiva, cerca

del final de su vida; y

(2) la estrella gira alrededor de otro objeto masivo en una órbita con período de 5.6

días. Conociendo la fuerza necesaria para mantener a HDE 226868 en órbita, se puede



calcular la masa de la compañera, la cual es de cerca de 10 masas solares. Pero no

hay signos de luz visible de ella y algo en el objeto produce rayos X.

La explicación o "modelo" que mejor se ajusta a estos hechos es que la compañera es

un agujero negro de cerca de 10 masas solares, el cadáver de una estrella masiva que

alguna vez fue la compañera de HDE 226868. Los rayos X son producidos conforme el

gas de la atmósfera de la supergigante azul cae hacia el objeto colapsado y se calienta.

El objeto colapsado no puede ser una enana blanca o una estrella de neutrones,

porque estos objetos no pueden tener masas mayores de 1.44 y 3 masas solares,

respectivamente. Nunca podremos "probar" esta teoria de Cygnus X-1 "viendo" el

agujero negro, pero la evidencia circunstancial es fuerte. Otros tres objetos: LMC X-3

en la Nube Mayor de Magallanes, y A0620-00 y V404 Cygni en nuestra galaxia,

tambien se cree que tienen agujeros negros como una de sus componentes.

El horizonte de eventos está formado por los caminos en el espacio -tiempo de los

rayos de luz que no alcanzan a escapar. Los rayos de luz que están en esta frontera se

moverán eternamente, sin embargo no podrían chocar entre sí por que los dos rayos

de luz serían absorbidos por el agujero, así los "caminos luminosos" se mueven en

forma paralela, al nunca acercarse entre sí, el horizonte permanece constante o va



aumentando con el tiempo. Al caer materia dentro del agujero negro el área del

horizonte de eventos aumenta.

¿Se pueden realmente medir?

Tal como lo describe Ted Bunn en "Black Holes FAQ", no podemos hablar de una única

medida de grandeza de los agujeros negros ni en general de nada que exista; sino que

debemos de tomar en cuenta el espacio que ocupa en el universo y la masa que

posee.

Masa de los agujeros negros:

Si analizamos la segunda propiedad debemos de considerar que hasta el momento lo

que se sabe de la masa que poseen los agujeros negros es que esta no tiene límites

conocidos (ningún máximo ni mínimo). Pero si analizamos las evidencias actuales

podemos considerar que dado que los agujeros negros se forman a partir de la muerte

de estrellas masivas debería de existir un límite máximo del peso de los agujeros

negros que sería a lo mucho igual a la masa máxima de una estrella masiva. Dicha

masa límite es igual a diez veces la masa del Sol (más o menos 1x1031 kilogramos o si

no lo entiendes 10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 kilogramos). En los

últimos años se ha encontrado evidencia de la existencia de agujeros negros en el



centro de galaxias masivas. Se cree a partir de esto que dichos agujeros negros

poseerían una masa de un millón de soles).

Tamaño de los agujeros negros:

Si analizamos el tema del espacio que ocupa un agujero negro debemos de considerar

como parámetro principal una variable matemática denominada el radio de

Schwarzchild el cual es el radio del horizonte de sucesos que comprende al agujero

negro (dentro de este radio la luz es absorbida por la gravedad y cualquier cuerpo es

absorbido con una fuerza gravitatoria infinita hacia el centro del agujero negro no

pudiendo escapar de éste). Ahora bien los científicos han logrado hallar una relación

directa entre la masa y el espacio ocupado de un agujero negro, esto significa que si un

agujero negro es diez veces más pesado que cualquier estrella ocupará también diez

veces el espacio ocupado por esa estrella. Para darnos una idea más clara

compararemos el tamaño del sol con un agujero negro súper masivo, el sol posee un

radio de aproximadamente 700,000 kilómetros mientras que el agujero negro súper

masivo poseerá un radio de a lo más cuatro veces más grande que el del Sol.

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:

¿Imposibilidad teórica de los agujeros negros?

Existen resultados matemáticos sólidos bajo los cuales una teoría métrica de la

gravitación (como la relatividad general) predice la formación de agujeros negros. Estos

resultados se conocen como teoremas de singularidades que predicen la ocurrencia de

singularidades espaciotemporales (y si se acepta la hipótesis de censura cósmica, por

tanto a la formación de agujeros negros). Las ecuaciones de campo de Einstein para la

relatividad general admiten situaciones para las cuales se cumplen las condiciones de

ocurrencia de singularidades y por tanto, los teoremas de singularidad muestran que

los agujeros negros son posibles dentro de la relatividad general. Sin embargo, algunas

teorías métricas alternativas como la teoría relativista de la gravitación, muy similar a la

relatividad general en casi todos los aspectos y que también explica los hechos

observados en el sistema solar y la expansión del universo, usa ecuaciones de campo

ligeramente diferentes donde siempre se cumple que en ausencia local de materia y en



virtud de las condiciones de causalidad de la teoría, para cualquier campo vectorial

isótropo (vectores tipo luz) definido sobre el espacio-tiempo se cumple la desigualdad:

Esta condición implica que no se cumplirán las condiciones de los teoremas

mencionados anteriormente y, por tanto, éstos no pueden ser aplicados para predecir

la existencia de singularidades y por tanto agujeros negros.Dado que los datos

experimentales no permiten discernir cuál de las dos teorías (la de relatividad general

de Einstein o la relativista de la gravitación de Logunov) es la correcta, pues ambas

coinciden para la mayoría de los hechos observacionales bien comprobados, no puede

darse por garantizado que los agujeros negros sean una consecuencia necesaria de la

gravitación.



VIII. EVIDENCIA

Diferentes equipos de astrónomos han anunciado haber encontrado evidencias que

permiten casi, prácticamente, asegurar la existencia de los agujeros negros en el

universo. Junto a las detecciones de rayos X y gamma, se ha sumado el monitoreo que

ha efectuado el Hubble Space Telescope (HST), con los nuevos instrumentos

instalados en él sobre 27 galaxias cercanas, en las cuales, en algunas de ellas, se han

podido detectar rastros de la desaparición de un sinnúmero de estrellas y otras que

están siguiendo el mismo destino, como si fueran engullidas por un poderoso motor

termonuclear. También, se ha podido comprobar en el espacio la existencia muy

precisa de un disco de acreción de un diámetro de un quinto de año luz --prueba sólida

de la existencia de un agujero negro-- ubicado en la galaxia 3C390.3, situada a 1.000

millones de años luz de la Tierra. El satélite IUE de exploración ultravioleta de la

Agencia Europea del Espacio fue el que hizo el hallazgo y además pudo medirlo. En

nuestra galaxia, La Vía Láctea, desde el año 1990 sabemos de evidencias de contar

con un cohabitante agujero negro, ubicado a unos 300 años luz desde la Tierra; lo

detectó el telescopio Sigma y por su magnitud se le llamó "el gran aniquilador".



Recientemente se han descubierto pruebas concluyentes de la existencia de un

inmenso agujero negro en el centro de la galaxia elíptica gigante M87, que se

encuentra a unos 57 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo. Se

estima que este agujero negro tiene una masa equivalente a la de 3.000 millones de

soles, compactada en un espacio de unas 11 horas-luz de diámetro.

Pero mayores evidencias sobre posibles agujeros negros siguen apareciendo. Una de

las más relevantes registrada recientemente es la encontrada en la galaxia activa NGC

6251, ubicada a 300 millones de años luz desde la Tierra en la constelación de Virgo.

Una sorprendente visión reportada por el Telescopio Espacial Hubble de un disco o

anillo de polvo, urdido por efectos gravitatorios, que se trasluce a través de la emisión

de un chorro de luz ultravioleta que estaría emanando desde un posible agujero negro.

Se trata de un fenómeno nuevo para los investigadores observadores del cosmos.

Anteriormente, todo lo que se había podido detectar como evidencia de la existencia de

un agujero negro era la detección de los efectos gravitatorios que éste genera en los

objetos que van siendo atraídos a traspasar el horizonte de eventos, formando en ello

una especie de disco de circunvalación constituido como una “dona” que conforma un

capullo que rodea a algo gravitatoriamente poderoso, pero que de ello solamente era

factible distinguir la luz intensiva que emana desde los gases calientes que ya se



encuentran atrapados por la gravedad del agujero negro, el cual se hallaría empotrado

en medio de la “dona”.

Pero lo que encontró el Hubble, es bastante más de lo que anteriormente habíamos

podido ver sobre un agujero negro. En esta ocasión, se ha podido observar como ese

agujero ilumina el disco de circunvalación que lo rodea, cuestión esta última, no muy

extraña para una gran mayoría de físicos teóricos. En las tomas del Hubble se puede

distinguir luz ultravioleta reflejándose sobre un lado del disco, el cual se encontraría

urdido como la parte superior de un sombrero.

Tal urdidura podría ser producto de perturbaciones gravitacionales que se estuvieran

generando en el núcleo de la galaxia que almacena el disco, o bien, al pressing que

genera el eje de rotación del agujero negro sobre el de la galaxia.

Si bien todavía no se conocen las posibles medidas de este agujero negro, las

evidencias de su existencia se encuentra en la poderosa emisión que se detecta en la

eyección de radiaciones que alcanza un espacio de tres millones de años luz y de las

partículas que se han visto emanar desde la ubicación del agujero negro en el eje

mismo de esta galaxia activa elíptica. Se piensa que muchas galaxias denominadas

activas son la cuna de una apreciable cantidad de agujeros negros.



con otra captada de emisiones de luz ultravioleta por la cámara FOC. Mientras la

imagen de luz visible muestra un disco de polvo oscuro, la imagen ultravioleta (color

azul) no señala aspectos claros a lo largo de un lado del disco. La pregunta que salta

aquí es: ¿Por qué el Hubble solamente pudo captar los reflejos ultravioletas de sólo un

lado del disco? Los científicos que se encuentran llevando a cabo a estas

investigaciones, preliminarmente han concluido que el disco debe urdirse como la parte

superior de un sombrero. La mancha blanca al centro de la imagen corresponde a la

luz que ilumina el disco que se distingue en la vecindad del agujero negro.

La imagen de abajo, corresponde a una toma telescópica de la galaxia activa NGC

6251, que se encuentra a 300 millones de años luz desde la Tierra, en la constelación

de Virgo.

Otra de las evidencias sobre un posible agujero negro, encontradas últimamente por el

HST, es el hallazgo de un disco circunvalatorio que se encuentra sometido a un

proceso de desmaterialización generado por poderosas mareas gravitatorias que

parecen provenir de un área central ubicada en el núcleo de la galaxia NGC 4261.

Los agujeros negros en la física actual:



Se explican los fenómenos físicos mediante dos teorías en cierto modo contrapuestas y

basadas en principios incompatibles: la mecánica cuántica, que explica la naturaleza de

«lo muy pequeño», donde predomina el caos y la estadística y admite casos de

evolución temporal no determinista, y la relatividad general, que explica la naturaleza

de «lo muy pesado» y que afirma que en todo momento se puede saber con exactitud

dónde está un cuerpo, siendo esta teoría totalmente determinista. Ambas teorías están

experimentalmente confirmadas pero, al intentar explicar la naturaleza de un agujero

negro, es necesario discernir si se aplica la cuántica por ser algo muy pequeño o la

relatividad por ser algo tan pesado. Está claro que hasta que no se disponga de una

física más avanzada no se conseguirá explicar realmente la naturaleza de este

fenómeno.



IX. Descubrimientos recientes:

Simulación del efecto lente gravitacional provocado por un agujero negro, que

distorsiona la imagen de la galaxia al fondo.

En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA dirigido por Andrea Ghez demostró

mediante simulación por ordenadores la posibilidad de la existencia de agujeros negros

supermasivos en el núcleo de las galaxias. Tras estos cálculos mediante el sistema

de óptica adaptativa se verificó que algo deformaba los rayos de luz emitidos desde el

centro de nuestra galaxia (la Vía Láctea). Tal deformación se debe a un invisible

agujero negro supermasivo que ha sido denominado Sgr.A (o Sagittarius A). En 2007-

2008 se iniciaron una serie de experimentos de interferometría a partir de medidas

de radiotelescopios para medir el tamaño del agujero negro supermasivo en el centro

de la Vía Láctea, al que se le calcula una masa 4'5 millones de veces mayor que la del

Sol y una distancia de 26.000 años luz(unos 255.000 billones de km respecto de la

Tierra). El agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia actualmente sería

poco activo ya que ha consumido gran parte de la materia bariónica, que se encuentra

en la zona de su inmediato campo gravitatorio y emite grandes cantidades de radiación.

Por su parte, la astrofísica Feryal Özel ha explicado algunas características probables

en torno a un agujero negro: cualquier cosa, incluido el espacio vacío, que entre en



la fuerza de marea provocada por un agujero negro se aceleraría a extremada

velocidad como en un vórtice y todo el tiempo dentro del área de atracción de un

agujero negro se dirigiría hacia el mismo agujero negro.

En el presente se considera que, pese a la perspectiva destructiva que se tiene de los

agujeros negros, éstos al condensar en torno a sí materia sirven en parte a la

constitución de las galaxias y a la formación de nuevas estrellas.

En junio de 2004 astrónomos descubrieron un agujero negro súper masivo,

el Q0906+6930, en el centro de una galaxia distante a unos 12.700 millones de años

luz. Esta observación indicó una rápida creación de agujeros negros súper masivos en

el Universo joven.

El mayor:



Dejando a un lado los agujeros negros supermasivos que suelen estar en el núcleo de

las galaxias y cuya masa son de millones de veces nuestro Sol, el mayor agujero negro

de masa estelar conocido hasta la fecha, se descubrió el año 2007 y fue

denominado IC 10 X-1. Está en la galaxia enana IC 10 situada en la constelación de

Casiopea, a una distancia de 1,8 millones de años luz (17 billones de kilómetros) de la

Tierra, con una masa de entre 24 y 33 veces la de nuestro Sol.

Posteriormente, en abril de 2008, la revista Nature publicó un estudio realizado en

la Universidad de Turku (Finlandia). Según dicho estudio, un equipo de científicos

dirigido porMauri Valtonen descubrió un sistema binario, un blazar, llamado OJ 287, en

la constelación de Cáncer. Tal sistema parece estar constituido por un agujero negro

menor que orbita en torno a otro mayor, siendo la masa del mayor de 18.000 millones

de veces la de nuestro Sol, lo que lo convierte en el mayor agujero negro conocido. Se

supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor, que tiene una masa

de 100 millones de soles, golpea la ergosfera del mayor dos veces, generándose

un cuásar. Situado a 3500 millones de años luz de la Tierra, está relativamente cerca

de la Tierra para ser un cuásar.

El menor:



Sin contar los posibles micro agujeros negros que casi siempre son efímeros al

producirse a escalas subatómicas; macroscópicamente en abril de 2008 el equipo

coordinado porNikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk ha identificado el más pequeño de

los agujeros negros conocidos hasta la fecha; ha sido denominado 1650, se ubica en

la constelación Ara (o Altar) de la Vía Láctea (la misma galaxia de la cual forma parte la

Tierra). J 1650 tiene una masa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 km de diámetro se

habría formado por el colapso de una estrella; tales dimensiones estaban previstas por

las ecuaciones de Einstein. Se considera que son prácticamente las dimensiones

mínimas que puede tener un agujero negro ya que una estrella que colapsara y

produjera un fenómeno de menor masa se transformaría en una estrella de neutrones.

Se considera que pueden existir muchos más agujeros negros de dimensiones

semejantes.

Chorros de plasma:

En abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de

Boston dirigido por Alan Marscher donde explica que chorros de plasma colimados parten de

campos magnéticos ubicados cerca del borde de los agujeros negros. En zonas puntuales de

tales campos magnéticos los chorros de plasma son orientados y acelerados a velocidades

cercanas a c (velocidad de la luz), tal proceso es comparable a la aceleración de partículas

para crear una corriente de chorro (jet) en un reactor. Cuando los chorros de plasma originados



por un agujero negro son observables desde la Tierra tal tipo de agujero negro entra en la

categoría de blazar.

Que un agujero negro "emita" radiaciones parece una contradicción, sin embargo esto se

explica: todo objeto (supóngase una estrella) que es atrapado por la gravitación de un agujero

negro, antes de ser completamente "engullido", antes de pasar tras el horizonte de sucesos, se

encuentra tan fuertemente presionado por las fuerzas de marea del agujero negro en la zona

de la ergosfera que una pequeña parte de su materia sale disparada a velocidades próximas a

la de la luz (como cuando se aprieta fuertemente una naranja: parte del material de la naranja

sale eyectado en forma de chorros de jugo, en el caso de los objetos atrapados por un agujero

negro, parte de su masa sale disparada centrífugamente en forma de radiación fuera del campo

gravitatorio de la singularidad).

Radiación de Hawking

Hasta principios de 1970 se pensaba que los agujeros negros no emitían directamente ningún

tipo de materia, y su destino último era seguir creciendo por la acreción de más y más materia.

Sin embargo, una consideración de los efectos cuánticos en el horizonte de sucesos de un

agujero llevó a Hawking a descubrir un proceso físico por el cual el agujero podría emitir

radiación. De acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica existe la

posibilidad de que en el horizonte se formen pares de partícula-antipartícula de corta

duración, dado que la probabilidad de que uno de los elementos del par caiga dentro

del agujero de manera irreversible y el otro miembro del par escape, el principio de



conservación requiere que el agujero disminuya su masa para compensar la energía

que se lleva el par que escapa de los aledaños del horizonte de sucesos.



X. CONCLUSION

La existencia de los agujeros negros depende de la teoría de Einstein, aunque las

evidencias son muy sólidas; si esa teoría se mostrara incorrecta, debería reescribirse la

cosmología entera. Es reconocible que los últimos actos de la investigación científica

para conocer los misterios del cosmos, dan para pensar que las letras de los libros de

física cada día se encuentran más cerca de las realidades que la tecnología moderna

nos está permitiendo captar.



XI. BIBLIOGRAFÍA

.

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Hawking, S. W. & Ellis, G. F. R.: The Large Scale Structure of Space-time , Cambridge,

Cambridge

Universito Press, 1973.

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Editorial, 1961).

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J. Audouze y otros, "Astrofísica en La Recherche" (Orbis, Barcelona, 1987).

Lloid Motz, "El Universo (su principio y su fin)" (Orbis, Barcelona, 1986).



Steven W. Hawking, "La historia del tiempo" (Circulo de lectores, Barcelona, 1988).

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