Un hoyo negro es un objeto tan masivo y con un campo gravitatorio tan concentrado que ni siquiera la luz puede escapar de sus lazos. El concepto de lo que hoy llamamos hoyo negro no es nuevo, pero….

¿Cómo suponer que la luz pudiera ser capturada por un objeto así?

¡Si la luz parece viajar a una velocidad infinita! Tan pronto encendemos una linterna, parece que su luz llega instantáneamente a los objetos que tenemos delante. Uno de los primeros hombres en tratar de determinar si la luz tenía velocidad fue Galileo.

Corría la primera década de 1600. El y un ayudante se colocaron a distancia en dos cumbres. El ayudante sostuvo una linterna (antorcha) tapada, misma que en repetidas ocasiones descubrió rápidamente y Galileo –ingenuamente- intentó contar el tiempo desde que la linterna era destapada hasta que la luz era visible. La luz pareció llegar simultáneamente. (Es obvio que no consideró que la misma imagen de su ayudante viajaba también a la misma velocidad de la luz.) Resultado: la luz viajaba demasiado rápido para ser medida o efectivamente, tenía una velocidad infinita.

De alguna manera, los descubrimientos de Galileo sí llevaron a la determinación de que la luz tenía una velocidad.

En 1609, Galileo descubrió que Júpiter estaba siempre acompañado por cuatro astros –satélites- y fue muy evidente para él que las cuatro “estrellitas” orbitaban a Júpiter. Hoy se conocen éstos cuatro como los satélites galileanos. Observaciones detalladas posteriores permitieron calcular con mucha precisión el período orbital de cada uno, de modo que se podía predecir cuándo y dónde aparecería uno de estos satélites en fechas futuras.

En 1676, Ole Christensen Roemer fue el primero en descubrir “accidentalmente” que la luz tenía una velocidad limitada. El astrónomo danés notó que los satélites de Júpiter llegaban “tarde” a su cita, pues llegaban retrasados a la posición calculada. Roemer notó que esto sucedía sólo cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra, pero cuando se reducía nuevamente la distancia al planeta gigante las cosas se normalizaban y los satélites llegaban puntuales a la posición calculada. No era posible que la cercanía de la Tierra influyera de alguna manera para hacer que los satélites galileanos giraran más rápido alrededor de Júpiter. Lo más evidente para Roemer era que cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra, su luz –y la de sus satélites- se tardaba más en llegar a nosotros porque tenía que recorrer una distancia mayor. Roemer calculó, en base a esto, que la luz viajaría a unos 225,000 km/seg. ¡Nada mal! Considerando la época en que se realizó este experimento y que el valor actual es de poco menos de 300,000 km/seg.

Once años después, en 1687, Newton publicó su famosa obra Principia, donde expone las leyes fundamentales del movimiento de los cuerpos y de la gravitación universal. En sus enunciados, queda claro (entre otras cosas) que toda masa genera un campo gravitacional. Este campo actuará en los objetos que le rodean. La atraccióngravitacional dependerá de la masa y de la distancia. A mayor masa mayor atracción. A mayor distancia menor atracción. Los objetos de mayor masa dominan sobre losobjetos de menor masa. Y la luz…¿tiene masa? Si así es, entonces la luz debe ser dominada por los objetos masivos. Si la luz tiene masa ésta debe ser terriblemente pequeña, sin embargo, en la mayoría de las situaciones la luz tiene un comportamiento ondulatorio, es decir, se propaga como una onda, como el sonido, como el oleaje sobre el agua.

Basándose en la Teoría de Gravedad de Newton y en el supuesto de que la luz tuviera masa, en 1783 John Michell escribió que si una estrella fuera lo suficientemente masiva y compacta la atracción gravitacional sería tan alta que hasta la luz sería atraída por la estrella y ¡no podría escapar de ella! Michell las llamó estrellas oscuras.

Poco después el marqués de Laplace –científico francés- sugirió independientemente una idea similar pero ante la prevaleciente idea de que la luz era una onda y no una partícula, dejó de promover sus “descabelladas” ideas.

Con el nacimiento de la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, en 1915, nació una nueva forma de ver el Universo, en que la topografía del espacio dependía de la distribución de la materia. Además se agregaba el concepto del tiempo como una dimensión más: la Cuarta Dimensión. De acuerdo con esto la materia tiene la capacidad de curvar el espacio-tiempo y a su vez la materia se ve obligada a moverse siguiendo la curvatura del espacio-tiempo. A mayor masa, la curvatura del espacio-tiempo se pronuncia más. Suena complicado. Lo es.

Una forma de visualizarlo es imaginarse que el espacio-tiempo se manifiesta como una malla elástica plana y horizontal que se deforma donde se le aplica una masa: Una masa mayor deformará más la malla. Imagina que colocas en la “malla” del espacio-tiempo una bola de boliche.

La bola de boliche produce una cavidad en la malla. Si ponemos a rodar una pelota de ping pong por esta malla (una masa desplazándose en la curvatura del espacio-tiempo), cuando la pelota de ping pong se acerque a la distorsión producida por la bola de boliche en la malla (espacio-tiempo) su desplazamiento cambiará y se desviará hacia la cavidad. Así, todas las partículas en el Universo –la luz incluida- serán inexorablemente arrastradas por las distorsiones del espacio-tiempo en aquellas regiones donde se concentre masivamente la materia.

La Teoría de Relatividad General tenía profundas implicaciones en situaciones extremas, donde la materia es compactada en objetos de alta densidad. Pero Einstein no resolvió estas situaciones, simplemente demostró matemáticamente cómo se comportaba la estructura del espacio-tiempo.

En 1916 un matemático alemán, Karl Schwarzschild, demostró –utilizando la física de Einstein- que el campo gravitacional de una estrella súper masiva podría no sólo desviar el curso de la luz, sino ¡llegar al extremo de atraparla! La curvatura del espacio-tiempo sería tan pronunciada que terminaría doblándose sobre sí misma.

Schwarzschild envió su propuesta a Einstein y éste quedó muy complacido y sorprendido por la simpleza de la solución matemática y presentó el resultado a la academia como “singularidad de Schwarzschild”. Pocos meses después, Schwarzschild murió. El modelo de Schwarzschild era bastante exótico, describía que la curvatura del espacio-tiempo alrededor de un objeto masivo cuyo material estaría confinado a un solo punto: la Singularidad. Cuando Einstein estudió el caso de la singularidad, se sintió perturbado al descubrir que el modelo predecía que alrededor de ella existía una “superficie” que –una vez cruzada- no conocía retorno. Los objetos serían trasladados a una dimensión desconocida (música). Desde entonces, Einstein hizo todo lo posible por demostrar que un objeto así no podría existir. (Tal vez se sintió como el Dr. Frankenstein …¡¡¡-He creado un monstruo!!!) Después de todo, las estrellas más densas que se conocían eran las enanas blancas, y éstas no eran lo suficientemente densas.

La tranquilidad de Einstein nunca llegó. En 1928, un estudiante hindú graduado,  de nombre Subrahmanyan Chandrasekhar (Chandra para sus amigos) descubrió matemáticamente que una estrella “fría” y densa como una enana blanca no sería capaz de detener el colapso gravitacional si su masa llegaba a unas 1.5 veces la masa del Sol. El rechazo entre electrones (la degeneración de electrones) no tendría suficiente fuerza para evitar que la estrella fuera comprimida a una mayor densidad. Casi simultáneamente, el científico ruso Lev Davidovich Landau llegó a la misma conclusión, si bien fue un poco más lejos al concluir que la masa resultante sería una “estrella” de neutrones. Landau se adelantó a su época.

La primer estrella de neutrones fue descubierta hasta 1967. Chandrasekhar fue duramente criticado por su mentor, Sir

Arthur Eddington. Este famoso astrónomo fue tan escéptico al respecto del límite impuesto por Chandra que lo persuadió a incursionar en otras áreas de investigación astronómica. Chandra encontró oposición también en Einstein, quien afirmaba que no era posible que una estrella continuara contrayéndose ilimitadamente. Chandra tenía razón y recibió el premio Nóbel en 1983.

En 1939 un joven norteamericano –Robert Oppenheimer- ayudado por Hartland Snyder dio con una solución matemática integral, considerando la relatividad general, de lo que sucedería si una estrella masiva se colapsara infinitamente. La muerte de la estrella sería el nacimiento de la singularidad. El resultado fue confirmativo: su luz ya no podría escapar. Finalmente, las singularidades de Schwarzschild fueron “bautizadas” con el nombre de Hoyos Negros por John Releer en 1967-69.

LA FORMACION DE UN HOYO NEGRO

Este es el capítulo final en lo que se refiere a colapso gravitacional. El núcleo de una estrella puede contraerse al grado de adquiera el tamaño de un planeta (enanas blancas) o de una ciudad (estrellas de neutrones) ¿Puede acaso contraerse más? La respuesta es un rotundo sí. Cuando el límite de resistencia entre neutrones (degeneración) es superada, el colapso gravitacional continúa. Si bien la estrella de neutrones puede resultar de un proceso que dura apenas una décima de segundo, en una fracción menor de tiempo los neutrones generados desaparecen y cesa la producción de neutrinos. Los neutrinos liberados previamente podrán contribuir de todos modos a la explosión de la estrella pero su núcleo se contrae hasta alcanzar una densidad infinita. Nace un hoyo negro.

VELOCIDAD DE ESCAPE

La velocidad de escape es la velocidad requerida para que un objeto pueda salir despedido de un cuerpo masivo en una trayectoria parabólica. Si la velocidad es menor el objeto queda capturado en una órbita elíptica. Si es mayor, dibuja una trayectoria hiperbólica. Una vez alcanzada la velocidad de escape, el objeto despedido no regresa jamás al origen. Si el objeto es lanzado a una velocidad muy baja, éste describirá de todos modos una parábola, pero regresará a la superficie del cuerpo masivo.

La velocidad de escape se calcula de la siguiente manera:

G= Constante Gravitacional (descubierta por Newton) = 6.672 x 10 –11  N m2 kg-2.
M=Masa del cuerpo masivo (no del objeto a escapar)
r = Radio. Distancia entre el centro del cuerpo masivo y el objeto a lanzar.

La constante gravitacional es la fuerza de atracción entre dos unidades de masa por unidad de distancia
A mayor masa, el cuerpo masivo tendrá una velocidad de escape mayor.
A menor radio (distancia al centro), la velocidad de escape será mayor.

Generalmente la velocidad de escape se calcula para la superficie del cuerpo celeste.

1.- Velocidad de escape de la Tierra.- 11.2 km/seg                              1M = 1 masa solar
2.- Velocidad de escape de la Luna.- 2.4 km/seg
3.- Velocidad de escape del Sol .- 617.7 km/seg
4.- Velocidad de escape de enana blanca de 1M .- 5,500 km/seg
5.- Velocidad de escape de estrella de neutrones de 1M * .- 125,000 km/seg

(*En el supuesto que existieran, pues las estrellas de neutrones son de 1.4 M en delante)

Observa que en los puntos 3, 4 y 5 la masa es exactamente la misma pero los tamaños se van reduciendo, entonces la velocidad de escape se dispara. Si reducimos el tamaño de la Tierra a la cuarta parte (un radio de 1,595 Km.) sin modificar su masa, la velocidad de escape se duplica: 22.4 Km/seg. Si pudiéramos reducirla aún 1,000 veces más, a un radio de 1.6 Km. la velocidad de escape sería de 630 km/seg…¡mayor que la velocidad de escape del Sol!

¿Qué pasaría si pudiéramos reducir el tamaño de la Tierra al tamaño de una uva? (r = 8mm).

¡¡¡La velocidad de escape sería de unos 300,000 km/seg!!!

DEFINICION DE HOYO NEGRO

Un hoyo negro es un objeto tan masivo y denso que la gravedad superficial eleva la velocidad de escape a 300,000 km/seg o más. Siendo igual o mayor su velocidad de escape que la velocidad de la luz ya ni siquiera ésta puede escapar del hoyo negro. Los hoyos negros no son aspiradoras, no se la pasan succionando estrellas y planetas como uno pudiera imaginar. Si el Sol fuera compactado a tal grado de convertirse en un hoyo negro, los planetas conservarían sus órbitas. No pasaría nada (Eso sí, el frío nos haría paleta)

RAREZAS.- Así como se deduce la existencia de hoyos negros producto de la concentración masiva de materia, se ha postulado la existencia de hoyos negros de antimateria.

RADIO DE SCHWARZSCILD  Rs

El Radio de Schwarzschild es la distancia entre el centro del cuerpo masivo y el punto donde la velocidad de escape iguala a la velocidad de la luz. Un cuerpo se convierte en hoyo negro cuando el colapso gravitacional lo lleva a alcanzar el Radio de Schwarzschild.

Cuando una estrella de neutrones se excede de 3M el colapso gravitacional reduce su radio por debajo del Rs y ésta termina por transformarse instantáneamente en un hoyo negro.

La ecuación que encontró Karl Schwarzschild fue la siguiente:

Si observas con atención notarás que incluye las mismas variables que se requieren para determinar la velocidad de escape: La Constante Gravitacional y la masa. El radio no está determinado pues es precisamente su valor el que deseamos conocer en función de la velocidad de la luz y es por eso que se incluye en la ecuación. c = Velocidad de la Luz

Todos los objetos en el universo tienen un radio de Schwarzschild. Para la Tierra el Rs es de 8mm, ya lo habíamos deducido ¿recuerdas? La diferencia entre un objeto normal y un hoyo negro es que en el hoyo negro toda su masa está contenida dentro de su Rs. El Rs es proporcional a la masa del cuerpo. A mayor masa, el Rs será mayor.

El Rs para la Tierra es de 8mm
El Rs para el Sol es de aproximadamente 3 Km.
El Rs para una estrella de neutrones de 1.4 M es de unos 4.2 Km.
El Rs para una estrella de neutrones de 3 M es de unos 9 Km.
El Rs para una estrella de neutrones de 10 M es de unos 30 Km.

Debido a que los hoyos negros que parten del colapso de una estrella son de 3M y que su Rs es de 9Km, entonces podemos decir que su tamaño mínimo será de 18 Km. de diámetro. Esto parece una contradicción. De acuerdo con Schwarzschild la masa se concentraba en un punto, no en un objeto de 18 Km. Lo que sucede es que los 18km representan el diámetro del horizonte de eventos.

HORIZONTE DE EVENTOS

El Rs marca una frontera que conocemos con el nombre de horizonte de eventos u horizonte de sucesos. Un rayo de luz podrá escapar del hoyo negro siempre y cuando no cruce esta frontera. El horizonte de eventos es la frontera del hoyo negro. Una vez traspasada esta frontera, toda información es inalcanzable. Recibe el nombre de horizonte de eventos porque “detrás” de él los eventos ya no son visibles, del mismo modo que el horizonte aquí en la Tierra nos impide ver que es lo que hay mas allá. Cualquier radiación emitida, cualquier fenómeno se pierde de vista más allá del horizonte de eventos. En teoría, el horizonte de eventos en un hoyo negro sin rotación tendría una forma o “superficie” esférica. Esta superficie es imaginaria, pero representa la frontera del no retorno. El “tamaño” del hoyo negro es proporcional a su masa, así que el radio de su horizonte (Rs) crecerá con el tiempo, pues la tendencia del hoyo negro será la de capturar material interestelar aunque sea a un paso muy lento.

ATENCION TURISTAS.- En un hoyo negro de masa estelar (nacido de una estrella masiva) la marea gravitacional es tan marcada que un astronauta sería destrozado antes de acercarse siquiera al horizonte de eventos, pero si se acercara a un hoyo negro súper masivo (en el centro de una galaxia) entonces sería posible cruzar su horizonte de eventos de una sola pieza. (-Lo sentimos, el destino no aparece publicado en la PROMOCION)

LA SINGULARIDAD

Es posible que un objeto orbite un hoyo negro sin caer en él, pero si tiene la mala fortuna de cruzar el horizonte de los eventos, se perderá para siempre. El objeto se contraerá inevitablemente hacia la singularidad, en el centro de hoyo negro. La singularidad es un punto matemático donde el espacio y el tiempo se distorsionan con valores infinitos. En otras palabras, la singularidad es un punto en el espacio ¡con una densidad infinita!.¿Cómo es posible que un objeto de masa finita alcance una densidad infinita? En nuestro Universo eso es imposible pero en el hoyo negro se rompe toda conexión con el mundo físico. Las leyes universales quedan fuera de un hoyo negro y traspasando el horizonte de eventos impera una física distinta, inalcanzable para el entendimiento humano. Nadie sabe qué sucede en la singularidad de un hoyo negro. Las condiciones en las que nace una singularidad son tan exóticas que es imposible no sólo predecir sino describir su comportamiento.

PRINCIPIO DE CENSURA COSMICA.

Existe un teorema sobre hoyos negros llamado “Principio de Censura Cósmica” que establece que las singularidades nunca estarán al descubierto o “desnudas”, es decir, siempre estarán encerradas por un horizonte de eventos de modo que no exista intercomunicación entre el Universo y la singularidad. Bajo ciertas condiciones –parece ser- este teorema sería roto.

ESFERA DE FOTONES

Cuando un rayo de luz se aproxima a un hoyo negro, la distorsión en la curvatura del espacio-tiempo lo desvía de modo que el rayo luminoso parece doblarse hacia el horizonte de eventos. Pero si un rayo luminoso pasa a 1.5 Radios de Schwarzschild de la singularidad o menos, está condenado.

Esta frontera –también esférica en el caso de un hoyo negro sin rotación- recibe el nombre de esfera de fotones y no deja escapar la luz a menos que ésta esté dirigida hacia afuera. Cualquier rayo de luz que pase por dentro de la esfera de fotones se verá obligado a dibujar una apretada espiral alrededor de la singularidad hasta que no le quede alternativa y traspase el horizonte de eventos.

Pero si el rayo de luz pasa “rozando” a la esfera de fotones, estará seguro. Nunca cruzará el horizonte de eventos ni caerá hacia la singularidad, pero está atrapado y jamás saldrá tampoco de la esfera de fotones. En la esfera de fotones los rayos luminosos dibujan una órbita circular alrededor de la singularidad. Es algo así como un “limbo” para los fotones: ni aquí ni allá.

EL CONO DE SALIDA

Si una estrella se acercara al hoyo negro al grado de quedar justo en la esfera de fotones (mitad adentro-mitad afuera) entonces la mitad de la luz de la estrella caería hacia la singularidad y la otra mitad alcanzaría a escapar, sus rayos más curvados cuanto más se acerquen a la esfera de fotones, pero de todos modos escaparían. Aquellos rayos de luz que salgan despedidos de la estrella en trayectorias paralelas a la esfera de fotones, quedarán atrapados en ésta.

Si la estrella imaginaria se empieza a “sumergir” en la esfera de fotones, la cantidad de luz que escapa del hoyo negro se reduce a un cono de luz que irá cerrándose en la medida que se acerque a la singularidad. Este se conoce con el nombre de cono de salida y cuando nuestra estrella llegue al horizonte de eventos el cono de salida se habrá angostado tanto que sólo los rayos que salgan en dirección opuesta al hoyo negro podrán escapar.

PROPIEDADES DE UN HOYO NEGRO

La Teoría dicta que una vez que la materia (o antimateria) se ha colapsado en un hoyo negro, sólo se conservarán 3 propiedades de la estrella que lo formó:

– Masa total
– Carga eléctrica neta y
– Momento angular total

MASA TOTAL.-Como el hoyo negro resulta del colapso gravitacional en el núcleo ferroso de una estrella masiva, es inevitable que aquella masa que se contrajo pueda escapar, de tal modo que se conserva la masa aún después de que ésta esté concentrada en la singularidad.

CARGA ELECTRICA NETA..-Es posible que un hoyo negro conserve un campo magnético residual, heredado de la estrella masiva. Si un hoyo negro tenía –al nacer- un exceso de protones o electrones, entonces tendría una carga eléctrica, sin embargo, existe un proceso llamado neutralización, que tiende a equilibrar las cargas en un hoyo negro, al grado de desaparecerlas o reducirlas a una expresión despreciable.

MOMENTO ANGULAR TOTAL.- Del modo como una estrella de neutrones acelera su rotación al nacer, gracias a que la fuerza que mueve a la estrella se concentra ahora en un pequeñísimo cuerpo, así también un hoyo negro deberá rotar a una gran velocidad. Pero si su diámetro se ha reducido a cero…¿rotará a una velocidad infinita? No lo sabemos

¿Cómo nos daríamos cuenta de que un hoyo negro rota? Si un conejillo de indias es dirigido en línea recta hacia un hoyo negro y sin previo aviso empieza a orbitar alrededor suyo, es porque el hoyo negro está rotando y el conejillo de indias está siendo arrastrado junto con la topografía del espacio-tiempo que lo envuelve. En otras palabras, el hoyo negro no sólo distorsiona el espacio tiempo: si el hoyo negro rota, el espacio-tiempo también rotará justo afuera de éste.

LA ERGOSFERA

El arrastre de la curva espacio-tiempo justo afuera del horizonte de eventos en un hoyo negro que rota generará una ergósfera: Una región donde el espacio-tiempo rota junto con el hoyo negro. La fuerza centrífuga generada por la veloz rotación del hoyo negro permitiría al conejillo de indias permanecer a salvo en la ergósfera. Técnicamente, los objetos que estén en la ergósfera no están necesariamente orbitando al hoyo negro, pero no les queda otra alternativa que viajar de ride junto con la geometría del espacio-tiempo. En la ergósfera no es el objeto el que se mueve, sino el espacio que lo contiene.

El borde externo de la ergósfera se llama límite estático. El límite estático toca al horizonte de eventos en sus polos y alcanza su máxima separación encima del ecuador del hoyo negro. En 1969 Roger Penrose demostró que se podía extraer energía de un hoyo negro utilizando su ergósfera.

CLASIFICACION DE HOYOS NEGROS DE ACUERDO A SUS PROPIEDADES

Considerando las propiedades que un hoyo negro puede conservar, se han clasificado cuatro tipos distintos de hoyo negro. De las propiedades que hereda una estrella al hoyo negro final, las menos comprendidas son la carga eléctrica y el momento angular. Las condiciones en cada caso pueden ser muy exóticas y por eso pasaron casi 50 años antes de que se resolvieran todos los modelos. Las fechas indican cuándo se resolvieron las ecuaciones de relatividad general para cada caso. Casi desde un principio existió la propuesta para cada tipo de hoyo negro, pero no estaba demostrada su factibilidad, matemáticamente hablando:

1.- Hoyo Negro de Schwarzschild (1916)                  Sin Carga Eléctrica y Sin Rotación
2.- Hoyo Negro de Reissner-Nordstrom (1918)       Con Carga Eléctrica y Sin Rotación
3.- Hoyo Negro de Kerr (1963)                                              Sin Carga Eléctrica y Con Rotación
4.- Hoyo Negro de Kerr-Newman (1965)                 Con Carga Eléctrica y Con Rotación

Por simplicidad, los astrofísicos trabajan a menudo con el modelo de Schwarzschild, sin embargo, en condiciones reales es mucho más factible encontrar un hoyo negro en rotación y con una carga eléctrica despreciable. Dadas estas condiciones se establece que el modelo de Kerr es el que probablemente refleja más fielmente la realidad.

HOYO NEGRO DE SCHWARZSCHILD

Si pudiéramos cruzar su horizonte de eventos y ver hacia atrás nos parecería que se aleja de nosotros a la velocidad de la luz y en un relámpago ¡veríamos pasar el futuro frente a nuestros ojos!

HOYO NEGRO DE REISSNER-NORDSTROM

En este hoyo suceden cosas extrañas (Jo-Jo…¡como si todo lo demás fuera tan normal!)

En la medida que a un hoyo negro sin rotación se añade carga (en los simulacros matemáticos, los astrofísicos calculan la respuesta de un hoyo negro como si pudieran incrementar esta propiedad) una nueva estructura se forma. ¡Aparece un segundo horizonte de eventos! Este aparecerá justo afuera de la singularidad. Si la carga aumenta, entonces ambos horizontes empezarán a acercarse entre sí. El horizonte de eventos externo se contraerá y el interno se dilatará. Al añadir más carga, ambos horizontes se fusionan en uno sólo. Si continúa esta tendencia, el nuevo horizonte de eventos se contraerá hasta el punto de llegar a la singularidad y ¡desaparecer!

Al final quedaría la singularidad desnuda. Es un escenario tan poco probable que por eso inventaron (con algo de humor asociado) el Principio de Censura Cósmica, que no permite jamás que una singularidad sea vista desnuda… siempre habrá un horizonte de eventos arropándola.

HOYO NEGRO DE KERR

Al añadir rotación (algunos le llaman spin) a un hoyo negro ¡vuelve a surgir otro horizonte de eventos! También se desarrolla justo afuera de la singularidad. Además, cuando un hoyo negro rota, la singularidad deja de ser puntual y se convierte en una singularidad anular…¡en forma de anillo!

A mayor velocidad de rotación los dos horizontes de eventos se procurarán como en el modelo Reissner-Nordstrom: el interno se extenderá y el externo se contraerá. Afuera del horizonte de eventos se desarrollará una región llamada ergósfera, donde la rotación del hoyo negro arrastra consigo al espacio-tiempo. En teoría el horizonte de eventos interno desarrolla su propia ergósfera secundaria, a la par del primero. Eventualmente los dos horizontes de eventos y sus respectivas ergósferas se fusionarán en un punto intermedio y al añadir aún más velocidad ambas estructuras se contraen hasta desaparecer en la singularidad. Otra vez tenemos una singularidad desnuda. Parece que a los hoyos negros les importa poco la Censura Cósmica.

La cosa no para aquí…¿se acuerdan de la esfera de fotones?, pues ahora el hoyo negro de Kerr tiene también dos esferas de fotones. La exterior se ha desarrollado justo afuera de 1.5 Radios de Schwarzschild y la interior justo adentro. Con el incremento de velocidad de rotación las esferas de fotones se separarán entre sí.

La respuesta de un rayo luminoso al incidir en las esferas de fotones de un hoyo negro de Kerr dependerá de su dirección. Vamos a suponer que los rayos inciden sobre el ecuador del hoyo negro: Si llegan en contra del sentido de la rotación, quedarán capturados en la esfera de fotones externa. Si inciden por dentro de esta esfera, será “devorados” por el horizonte de eventos. Por otro lado, si llegan a favor del sentido de la rotación, quedarán capturados en la esfera de fotones interna. Si inciden por dentro de esta esfera, también será devorados por el horizonte de eventos. Aquellos rayos luminosos que pasen afuera de estas esferas –bajo las condiciones ya mencionadas- quedarán libres, si bien saldrán desviados.

¿Qué pasa con aquellos rayos que no inciden sobre el ecuador del hoyo negro, sino que dibujan un ángulo con respecto a éste? Todos serán atrapados en órbitas circulares entre las dos esferas de fotones. Bajo esta perspectiva se pueden desarrollar un número ilimitado de esferas de fotones…( ¡Qué revoltura! )

HOYO NEGRO DE KERR-NEWMAN

Parecido al hoyo negro de Kerr, con la diferencia de que éste posee carga. El panorama es similar al de Kerr, sin embargo, es menos factible.

CLASIFICACION DE HOYOS NEGROS SEGÚN SU MASA

Si bien ya fue señalado que un hoyo negro normal nace de la implosión de un núcleo que alcanza 3 M , existen otros panoramas que nos permiten clasificar a un hoyo negro de acuerdo con su masa. Entonces, podemos hablar de 3 tipos de hoyo negro:

1.- Hoyos negros estelares
2.- Hoyos negros súper masivos
3.- Mini hoyos negros (!)

HOYOS NEGROS ESTELARES

Los candidatos más comunes a formar hoyos negros son las supernovas que dejan tras de sí un núcleo ferroso mayor a 3 M . Pasando este límite, se rebasan las condiciones necesarias para formar una estrella enana blanca o una de neutrones y terminan por formar un hoyo negro. Los hoyos negros estelares son el resultado del colapso gravitacional de una sola estrella.

HOYOS NEGROS SUPERMASIVOS

Existen también los hoyos negros súper masivos con una masa portentosa de 106 a 109 M (de un millón a mil millones de M ). Estos se localizan en el centro de algunas galaxias y se cree son el origen de las galaxias activas y de los cuasares. Se desconoce el mecanismo de su formación, pero serían el resultado del colapso gravitacional entre muchas estrellas o de una nube súper masiva.

Se habla también de hoyos negros hiper masivos, pues ya se detectó un sistema de dos galaxias en colisión, en donde una de las dos contiene una masa ¡de 100,000 millones de M ! Hasta ahora sólo se ha encontrado un espécimen así.

MINI HOYOS NEGROS

Teóricamente, se han desarrollado también los Mini hoyos negros con una masa de hasta 1011 Kg. y un radio de 10-10 metros, es decir 100 millones de toneladas concentradas en ¡¡¡una diez millonésima de milímetro!!! Estos Mini hoyos negros se habrían formado en las condiciones turbulentas y de alta presión imperantes en el recién formado Universo, es decir, justo después del Big Bang. Son hoyos negros de “corta” duración y pueden explotar en cualquier momento, emitiendo en el proceso una copiosa radiación de rayos gamma y micro ondas.

Aparentemente no han sido detectados.

Si los Mini hoyos negros tienen caducidad, ¿qué podemos esperar de los otros hoyos negros? ¿son eternos?

EVAPORACION DE HOYOS NEGROS
RADIACION HAWKING

Se ha demostrado matemáticamente que la distorsión espacio-tiempo justo afuera del Radio de Scwarzschild produce partículas y radiaciones que gradualmente restan energía al hoyo negro y eventualmente disminuyen su masa. Este fenómeno se conoce como Radiación Hawking, propuesta por Stephen Hawking en 1974.

Este famoso científico ocupa la cátedra que alguna vez fue de Newton y es una de las personas más brillantes de la humanidad. Su mente está siempre despierta si bien su cuerpo está totalmente paralizado. No puede hablar. Sorprendentemente este hombre se comunica moviendo los ojos y un sintetizador le da voz.

El mecanismo que explica la radiación Hawking es muy complejo y arroja resultados que van más allá de la lógica.

En algunos aspectos parece ser francamente contradictoria. Estamos en el mundo de la mecánica cuántica, donde los objetos y partículas no responden como la materia normal a la que estamos familiarizados y se puede comportar de un modo que sólo puede predecirse matemáticamente. La mecánica cuántica permite que en cualquier parte del espacio exista la generación espontánea de pares: una partícula y su antipartícula. (electrón y positrón, por ejemplo, las dos tienen las mismas propiedades, sólo difieren en su carga eléctrica que es opuesta) De principio suena disparatado. Estas partículas no tienen cabida en nuestro Universo y se aniquilan mutuamente en un instante, produciendo un destello de rayos gamma. Pero ¿qué sucede si se produce un par justo afuera del hoyo negro? La antipartícula podrá se absorbida por el hoyo negro mientras que la partícula quedará libre en nuestro Universo. Esta creación de materia sucede a costa de la energía del hoyo negro, por lo que el hoyo negro pierde masa equivalente a la partícula producida. ¿y qué le pasó a la antipartícula? ( -¿Están seguros de querer saberlo?) ¡¡¡La antipartícula viajó en el tiempo!!! Si no me creen, ahí está Hawking para rebatirlo.

La radiación Hawking depende inversamente de la masa del hoyo negro de tal modo que los hoyos negros más masivos se evaporan más lentamente, por lo tanto, tienen una larga vida pero no son eternos. Suponiendo un hoyo negro con la masa del Sol ¿Cuánto tardaría en evaporarse? ¡Se tardaría 1066 años! Aunque la Teoría predice su desaparición, el tiempo necesario para que un hoyo negro normal se evapore es tanto que los astrónomos no tienen esperanzas de ver la evaporación de uno.

Tomando en cuenta que la producción de partículas es más lenta cuanto mayor sea la masa del hoyo negro, resulta entonces que los hoyos negros súper masivos producen muy poca radiación Hawking y se consideran fríos, mientras que los hoyos negros estelares son más calientes. Los Mini hoyos negros son los más calientes de todos y por eso terminan por explotar, porque la radiación Hawking se dispara hacia el final de su existencia. La temperatura del hoyo negro es inversamente proporcional a su masa. En la medida que un hoyo negro pierda masa se irá calentando cada vez más. El incremento de temperatura y luminosidad acelera la pérdida de masa hasta que el hoyo negro explota en una súbita emisión de rayos gamma.

¿QUÉ TANTO NOS PODEMOS ACERCAR A UN HOYO NEGRO?

Ya mencionamos que en los hoyos negros súper masivos es posible cruzar el horizonte de eventos de una pieza, pero en los hoyos negros estelares la misión sería muy riesgosa. El cuerpo humano no puede soportar una aceleración superior a 10 G. La distancia mínima recomendada a un hoyo negro de 10M es de 3,000 Km. Más cerca de esto y seríamos destrozados. Como la atracción gravitacional depende –además de la masa- de la distancia, la concentración masiva de materia produce una marea gravitacional que desintegra cualquier cosa que se acerque. Si uno estira la mano hacia el horizonte de eventos, el hoyo irá arrancando por orden aquellas partes que se acerquen primero. El cuerpo sería estirado a una longitud infinita y sería más delgado que un fideo.

¿Desea ser más esbelto? ¡Visite un hoyo negro!  No se aceptan reclamaciones

La caída tan violenta y la fricción entre las partículas remanentes produciría un calentamiento tan elevado que radiación de alta energía –rayos X- sería emitida y todo sin necesidad de fusión nuclear. La aceleración de neutrones produce radiación sincrotrónica, similar a la observada en los laboratorios que tienen aceleradores de partículas (sincrotrones).  El hoyo negro estelar más cercano se encuentra cuando menos a 15 años-luz de distancia.

COMO DETECTAR UN HOYO NEGRO

Una vez colapsado, la única característica que podemos detectar y medir en un hoyo negro con relativa facilidad es su masa (además, ya se ha detectado rotación en tres casos). La masa se determina en función de su campo gravitacional y los efectos que éste tiene en su entorno.

HOYOS NEGROS AISLADOS

Es casi imposible detectar un hoyo negro de unos cuantos kilómetros si está sólo en el espacio. Un hoyo negro no tiene el aspecto de un hueco oscuro flotando entre las estrellas. La curvatura del espacio-tiempo a su alrededor lo vuelve invisible. A menos que se dirija directo al hoyo negro, la luz de las estrellas le saca la vuelta, lo rodea y prosigue su camino si bien en otra dirección, enmascarando la presencia del horizonte de eventos. Por tal motivo un hoyo negro flotando sólo en el espacio será una presa difícil…a menos que produzca –aleatoriamente- cambios aparentes en las estrellas de fondo. Si dos rayos de una misma estrella son desviados de tal modo que simultáneamente incidan en nosotros, nos parecerá que la luz de la estrella se duplica sin haber modificado su temperatura. Entonces no es una estrella variable, sino una cuya luz ha sido enfocada por el hoyo negro como si se tratara de un lente.

HOYOS NEGROS EN SISTEMAS BINARIOS

Es más fácil medir los efectos gravitacionales de un hoyo negro cuando éste forma parte de un sistema binario. Afortunadamente más de la mitad de las estrellas en la Galaxia tienen pareja. Los efectos se observarán tanto en el arrastre que tiene el hoyo negro sobre su compañera como por la transferencia de masa de la compañera hacia el hoyo negro.

HOYOS NEGROS EN SISTEMAS BINARIOS SIN TRANSFERENCIA DE MATERIAL

Si una estrella es lo suficientemente masiva para arrastrar a otra estrella en su movimiento, entonces debería ser visible. Si no lo es, entonces no es una estrella normal, es un hoyo negro. En el caso de que el hoyo negro y la estrella compañera estén atados gravitacionalmente pero la compañera no tenga fuga de material, los astrónomos estudiarán al hoyo negro en función del movimiento del sistema. Cuanto más cercano sea el sistema binario entre sí, los efectos del hoyo negro sobre su compañera serán más evidentes. El hoyo negro nunca se verá jamás, pero será muy sospechoso encontrar a una estrella bailando al compás acelerado que le marca una compañera invisible.

El hoyo negro y la estrella normal orbitarán alrededor de un centro común de masas. La medición de la masa de la estrella normal (en función de su luminosidad y temperatura) y masa total del sistema (en función del movimiento observado) permite determinar la masa de la compañera invisible:

Masa Total del Sistema Binario – Masa de estrella normal = Masa de compañera invisible

Si la masa de la compañera invisible excede 3 M ¡voila! Estamos ante un hoyo negro.

HOYOS NEGROS EN SISTEMAS BINARIOS CON TRANSFERENCIA DE MATERIAL

Si además de pertenecer a un sistema binario, la estrella compañera envejece y se dilata, los gases de su más alta atmósfera serán canalizados hacia el hoyo negro y se formará un puente de material. El gas de la estrella envejecida se transferirá poco a poco hacia el hoyo negro. Este material no se deposita directamente sobre el horizonte de los eventos del hoyo negro sino que la fuerza centrífuga contribuye a desarrollar un disco de acreción alrededor del hoyo negro. Cuando la porción interna del disco de acreción pierde momento angular (velocidad) a causa de la fricción, se precipita hacia el hoyo negro dibujando una apretada espiral. Justo antes de caer en el horizonte de los eventos la fricción entre partículas produce temperaturas altísimas y se emiten rayos X en abundancia. Todo el disco de acreción emitirá un amplio espectro de radiación, pero sólo la porción más interna de éste emitirá rayos X.

Como el disco de acreción no es uniforme, se observarán variaciones en su brillo. La duración de las variaciones da una idea directa del diámetro del objeto en tiempo luz, pues ya conocemos a qué velocidad viaja la luz. Por ejemplo: si un pulso de radiación dura 200 segundos entonces el diámetro máximo del objeto emisor será de 60 millones de Km. (200 segundos x 300,000 Km/seg = 60’000,000 Km.) Si los cambios observados en la emisión e Rayos X son muy breves, entonces la región emisora estará confinada a un espacio muy reducido.

Si contamos con el tamaño máximo de un objeto invisible y por otros medios detectamos su masa entonces podemos obtener la densidad mínima del objeto. Esto nos confirmará si efectivamente el sistema binario hospeda a un hoyo negro.

Ya han localizado aproximadamente  una decena de hoyos negros residentes en sistemas binarios con masas que van de 7 a 14 M . El 85% de los hoyos negros estelares encontrados por el Telescopio Espacial Hubble tienen una masa de 7M . Este resultado es sorpresivo. ¿Existe algún mecanismo que  ponga “topes” a la masa que puede alcanzar un hoyo negro estelar al nacer? No lo sabemos, faltará tener una muestra mas abundante para confirmarlo.

EVIDENCIAS

Los astrónomos hacen todo lo posible por tener en su mano los elementos necesarios para declarar contundentemente que han hallado un hoyo negro. Por eso mismo la cantidad de hoyos negros cosechados es muy corta. Bajo la perspectiva de que pueden existir factores desconocidos, los astrónomos frecuentemente se referirán a cada caso como “candidato” a hoyo negro.

El primer candidato a hoyo negro fue el sistema binario Cygnus X-1, una estrella tipo B0 de 20 M orbitada por una compañera invisible que emite rayos X abundantemente. De acuerdo a los panoramas propuestos los rayos X son emitidos por el disco de acrección que caen hacia un objeto invisible. El hoyo negro de este sistema tiene una masa de 6 a 15M .

Otros hoyos negros se han encontrado en los siguientes sistemas:

TIPO                 NOMBRE                 MASA                                   CONSTELACION

Estelar                LMC X-3                    10M                       Dorado

Estelar                A0620-00                   3M                        Monoceros

Estelar                V404 Cygni                 6M                        Cygnus

Súper masivo     Messier 51                  2 millones M              Canes Venatici

Súper masivo     Sagittarius A*              >2.5millones M          Sagittarius (Núcleo de Vía Láctea)

Súper masivo     Messier 106                36 millones M             Canes Venatici

Súper masivo     Messier 87                  3,000 millones M       Virgo

Hipermasivo       NGC 6240                  100,000 millones M      Ophiuchus

EFECTOS DE LA RELATIVIDAD GENERAL EN LOS HOYOS NEGROS

La Relatividad General de Einstein puntualiza dos consideraciones que afectarán el comportamiento del hoyo negro:

1.- Nada puede viajar más rápido que la luz.

2.- Todo, hasta la luz, es atraído por un campo gravitacional.

Cuando la curvatura del espacio-tiempo es distorsionada alrededor de un hoyo negro se genera un efecto que permite a los rayos luminosos que no fueron capturados enfocarse o concentrarse en un punto del espacio más adelante, actuando como un gigantesco lente (De hecho, como un portentoso telescopio refractor). A este fenómeno se le conoce como Lente Gravitacional. Un hoyo negro puede enfocar la luz de una estrella haciendo que su brillo aparente aumente súbitamente al pasar frente a ella. Se pueden contar con los dedos de una mano los hoyos negros que han localizado bajo estas circunstancias, pues son casos de hoyos negros aislados.

La distorsión en el espacio-tiempo por un objeto masivo produce, además, dilatación del tiempo. ¿qué quiere decir esto? Que el tiempo corre más lentamente en la medida que nos acercamos al horizonte de eventos de un hoyo negro. Si en la cercanía del horizonte pudiéramos voltear hacia fuera, veríamos los eventos en franca aceleración…veríamos hacia el futuro!!! Después de todo, lejos del hoyo negro el tiempo corre a mayor velocidad. ¿Es verdaderamente posible esta marihuanad… perdón, este panorama? Claro que sí. Por sorprendente que parezca esto ya ha sido contundentemente comprobado. No tenemos que ir a un hoyo negro para ver cómo el tiempo se aletarga cerca de una concentración de masa. Nosotros vivimos en un tiempo aletargado ¡gracias a la masa de la Tierra! Cuando se sincronizan dos relojes atómicos con precisión y uno de los dos es llevado al espacio por un tiempo, de regreso a Tierra el reloj espacial se habrá adelantado. Los efectos son lo suficientemente medibles como para que los Satélites de Posicionamiento Global (GPS) se vean obligados a compensar la dilatación del tiempo producida por la distorsión del espacio-tiempo en la superficie de la Tierra.

La dilatación del tiempo produce un corrimiento hacia el rojo medible en enanas blancas, estrellas de neutrones y más aún, en hoyos negros. Como el tiempo corre más lentamente cerca del hoyo negro, las crestas de la radiación electromagnética producidas en la cercanía del hoyo negro se espaciarán más entre sí, alterando la longitud de onda observada. Las crestas de la longitud de onda irán saliendo atrasadas, entonces veremos una longitud de onda mayor (hacia el rojo) que la que fue originalmente emitida. La luz no pierde velocidad, pero el campo gravitacional del hoyo negro le habrá restado energía. Este corrimiento al rojo gravitacional no está relacionado con el efecto Doppler observado en el corrimiento al rojo de los objetos que se alejan de nosotros en la expansión universal.

¡Existe otro corrimiento hacia el rojo! El hoyo negro no sólo distorsiona la topografía del espacio-tiempo como si los objetos cayeran directamente hacia él. Si el hoyo negro gira velozmente, la curvatura del espacio-tiempo será también arrastrada por la rotación produciendo la ergósfera ¿recuerdas? En consecuencia, la porción de la ergósfera que se aleja de nuestra línea de visión estará produciendo un corrimiento al rojo adicional. Este corrimiento hacia el rojo producido por la ergósfera servirá de evidencia para señalar qué hoyos negros está rotando. Gracias a la observación detallada se han detectado ya tres hoyos negros con rotación evidente: dos en la Vía Láctea y otro en la galaxia Seyfert MCG-6-30-15.

The post Los enigmáticos y fascinantes agujeros negros first appeared on Astrónomos MX.

Mensaje: Hola a todos. Se que todos estamos un poco cansados de hablar de las futuras catastrofes anunciadas o no, que ocurrirán en el invierno del 2012, pero tengo algunas dudas existenciales, que espero me podais aclarar. La mayoría de la gente, está muy asustada, por que los sitios «pseudo-científicos», han dado bombo y platillo al tema de los agujeros negros, sobre todo desde que se descubrió la presencia de un agujero negro supermasivo en el centro de casi todas las galaxias, incluida la nuestra. Yo he llegado a leer, en alguno de estos blogs a gente supuestamente conocedora del tema (es decir, profesores o estudiantes de astrofísica, o astronomía, según ellos) que la tierra iba a ser destruida, por que el agujero negro situado en el centro de nuestra galaxia, iba a desplazarse engullendo todo lo que hubiera a su paso, sistema solar incluido. Bendita ignorancia. bueno, voy a la pregunta que me enrollo. Hace unas horas he leido, algo inquietante. Según el blogger que escribía, resulta que en el año 2012, la tierra iba a sufrir el impacto de un chorro de radiación gamma, procedente del agujero negro situado en el centro de la galaxia, y que este impacto iba a producir, la extinción masiva y blablabla.

No se mucho de astrofísica, pero pensaba que para que un agujero negro liberara energía, necesitaba estar activo y engullendo todo lo que pillará a su paso. Además,la expulsión de esta energía sería perpendicular al plano donde está ubicada la galaxía, y por tanto nosotros, así que ¿Cómo podría llegarnos? Por favor, corrígeme si no estoy en lo cierto. Además el el blog también se explica que habrá una alineación del centro de la galaxia, con el sol. ¿podrías explicarme un poco más esto? Es que no lo entiendo.

Saludos, Virginia.

Respuesta
Hola Virginia:

El hoyo negro en el centro de la Galaxia no es asunto nuevo. Se conoce evidencia sólida desde 1998, en estudios iniciados desde 1992. No conozco a un solo astrónomo que considere que el hoyo negro súper masivo de la Vía Láctea represente un peligro para la Tierra ¡está demasiado lejos! Cuando menos a 25,000 años-luz de distancia, y a diferencia de lo que muchos creen – de que los hoyos negros succionan todo a su paso- la realidad es que podemos poner estrellas y planeta orbitando alrededor de un hoyo negro sin que caigan en él.

(Precisamente siguiendo el movimiento orbital de estrellas alrededor de Sagittarius A fue que se pudo determinar la masa del hoyo negro en el centro de la Galaxia. Estas estrellas están mucho más cerca del hoyo negro, y ni ellas están en riesgo de caer en él)
Le puedo asegurar que el bloggero que leyó es de un charlatán que no tiene idea de lo que está diciendo.

Vamos a suponer que hubiera un mecanismo “mágico” que repentinamente hiciera surgir un torrente del centro galáctico, entonces, pregunto:

1.- ¿Por qué se habrían de enfocar los rayos gamma en dirección de nuestro Sistema Solar? Los rayos gamma –como cualquier otra forma de luz- se dispersan radialmente, es decir, en todas direcciones (como la luz de una vela)

2.- No faltará que digan que es un haz dirigido, semejante a los pulsares, pero entonces ¿Por qué saldría el chorro en el ecuador del hoyo negro y no en el polo del mismo? Veamos una ilustración de lo que hacen algunos hoyos negros con el plasma que se forma en su disco de acreción y vemos un chorro hacia arriba y hacia abajo, no puede salir a los lados (el disco de acreción lo impide) Ver http://chandra.harvard.edu/photo/2005/bhlock/bhdisk_thin_ill.jpg

3.- Y esto aclarando que lo que se forma es un torrente de plasma, no de rayos gamma.

4.- Finalmente, ¿por qué habría de pasar esto el 2012, y no mañana o en el 2020? No batalle y dígale al bloggero que si le puede garantizar que tal evento sucederá, y en todo caso que ponga precio a sus palabras ¿cuánto estaría dispuesto a perder?

Tiene usted toda la razón (y demuestra saber más que el bloggero) cuando detalla que para que un hoyo negro produzca alguna emisión polar como la descrita, debería estar activo, con un disco de acreción alimentando a la singularidad con materia.
Esto sí se observa en las llamadas “galaxias activas” y el torrente de plasma se detecta en ondas de radio (hacia los polos) Ver ejemplo en http://chandra.harvard.edu/photo/2009/cena/cena.jpg (esta es la galaxia NGC5128 en Centaurus) y continúa Usted su texto, dejándome ver lo bien documentada que está: efectivamente, el chorro es perpendicular al disco.

Respecto a la alineación Tierra-Sol-Sagittarius… esto sucede todos los años en invierno y también hay una alineación Sol-Tierra-Sagittarius en verano… ¡Cáspita! ¿No será más peligroso quedar atrapados entre el Sol y el centro de la Galaxia? (jajaja) Simplemente sucede que el centro de la Galaxia está en Sagittarius, pero esto es irrelevante.

Estoy a sus órdenes para cualquier aclaración o comentario.

Ver
http://www.sciencedaily.com/releases/1998/09/980908074632.htm
http://www.astro.princeton.edu/~tremaine/ast513/schodel.jpg
Saludos y cielos despejados.
Pablo Lonnie Pacheco Railey

The post Dudas existenciales por los «Chorros de rayos gamma del centro de la Vía Láctea a la Tierra» (sic) first appeared on Astrónomos MX.

¿Cómo ven el siguiente enunciado de mi Newton posmoderno? “Un agujero negro es una región del espacio-tiempo de la que no puede escapar nada debido a la gran fuerza de gravedad. Incluso la luz viaja demasiado lento para escapar; por lo tanto, la región no emite ninguna radiación y se ve negra. Sin embargo, el principio de incertidumbre de la mecánica quántica permite que escapen partículas y radiación de un agujero negro”. —Stephen Hawking.

¡Má, pus este! Y ahora, ¿cómo le entiendo a mi Tarzán intelectual?

¿Cómo haremos los desposeídos que vivimos en la región 4 de la comprensión? ¿Llegaremos a entender los huérfanos de abstracción espacial qué demonios es un agujero negro? ¿Estaremos condenados a poner cara de What, cada vez que sale el tema en una reunión?

El otro día me satisfizo mucho poder responder a la cuestión con gran rapidez: dije que no sabía —Twain dixit—. Porque, la verdad, cada que mencionan que existe un objeto estelar masivo, atrayente, exótico y peculiar, que no deja escapar nada ni a nadie sin que se lo meriende cual piraña que ama en cuaresma, de inmediato pienso en Ninel Conde, vaya usted a saber porqué.

Me angustio, porque me imagino que no debe ser muy común entender el concepto, ya qué, según se dice, de cada diez mil personas sólo una está de algún modo relacionada con la astronomía —Rees dixit— , por lo que llego a suponer, de manera prejuiciosa, que la elocuencia necesaria para poder dar una pequeña vislumbre del tema debe ser similar a la que se requiere para qué sin usar las manos, describir a Pamela Anderson. De manera que no prometo nada. Sin gestos me quedo mudo.

¿Qué tan complicado puede ser un agujero?

Digo, hacer un agujero en el patio de mi casa es relativamente fácil. Sólo necesito cuatro cosas: muchas ganas, un pico, una pala y el permiso de mi mujer. No necesariamente en ese orden. Pero un agujero, y negro, en el espacio ¿cómo se hace? Mi intuición me dice que en el espacio no hay por dónde; me gritan los sentidos que hay vacío.

Sin embargo, el presidente de la Royal Society y Astrónomo Real, Martin Rees, confecciona una floritura que si no amara la forma en que escribe, me parecería pedante: “Aun siendo tan peculiares y contrarios a la intuición, los agujeros negros son en realidad más sencillos de describir que cualquier otro objeto celeste”. ¡Uf, qué alivio, oh, sí! (Rees 60)

Einstein tiene la culpa. Los agujeros negros viven en una región del espacio-tiempo.

Tiempo y espacio son modos mediante los que pensamos y no condiciones en las que vivimos. —Albert Einstein

La Teoría de la Relatividad va en contra de nuestra intuición. Es desconcertante y chocante para nuestros sentidos; De hecho, por vivir tan pendiente de ellos llegamos a ser sus prisioneros y víctimas. Es más, vivimos encantados sabiéndonos por ellos secuestrados al punto de experimentar el síndrome de Estocolmo. —si no fuera así, Freud no se habría hecho famoso.

Por ejemplo, dígale a alguien que existen 300,000 millones de estrellas en la Galaxia y le creerá; pero coméntele que una banca acaba de ser pintada, y la tocará para ver si es verdad.

“La teoría de la relatividad general fue una ruptura conceptual, especialmente notable porque en lugar de surgir como consecuencia de un experimento o una observación específica, nació de la profunda intuición de Einstein.” (Rees 54)

Pero bueno, un día, Einstein, en unos de sus escapismos sale con la novedad —hace casi cien años— de que el tiempo forma parte del espacio; —¡Me lleva, si apenas comprendo que el espacio está vacío!— Pero en realidad (?), según Einstein, el tiempo es variable y cambia constantemente. Hasta tiene forma. Es una especie de membrana que envuelve a los objetos masivos y no.

El tiempo está vinculado —«inextricablemente interconectado», según la expresión de Stephen Hawking— con las tres dimensiones del espacio, en una curiosa dimensión conocida como espacio tiempo (Bryson 127).

Ante la presencia de objetos muy masivos, la teoría de Einstein predecía, entonces, la posible existencia de los hoyos negros. Pero la comunidad científica no se la tragaba toda. Pero, el caballero inglés, el entonces astrónomo real, sir Arthur Eddington se había enamorado de la nueva teoría y pensaba dedicarse a demostrarla. —Pero esa es otra historia—

Un agujero negro en el mantel de mi abuelita. —A capella, no apto para circunspectos—

¿Te acuerdas de la mesa de la abuela? Esa mesa grande con un mantel de tela con cuadritos rojos y blancos; Bien, según la abuela, para que no se ensuciara el mantel bonito, colocaba encima otro mantel de plástico, grueso y transparente para que los nietos no ensuciaran el de adeveras.

Imaginen a cuatro traviesos nietos, uno en cada esquina del mantel, jalándolo hacia ellos. Un quinto nieto llega con la bola de boliche del abuelo para colocarla, por decir, al centro del mantel. Se trata el jueguito de que la bola no se vaya hacia ninguno de ellos. — habiendo malheridos, el menos descalabrado, ganaba.

Cuando los chamacos se ponen quietos, la bola como que se hunde, hace una comba en el mantel, una hondonada debido a su peso. Esto pasa en dos dimensiones. ¿Cómo es en cuatro? Pues más o menos como hace el Sol en el mantel cósmico. Su presencia giratoria hace que ese mantel, que ahora llamaremos espacio-tiempo, produzca una distorsión, una curva, una hondonada. —Si, ya sé, es una analogía muy ranchera, pero no tengo otra para gente como yo.

Todo objeto que tiene masa crea una pequeña depresión en el tejido del cosmos.

La gravedad desde ese punto de vista es más un resultado que una cosa «no una “fuerza”, sino un subproducto del pandeo del espacio tiempo» «En cierto modo, la gravedad no existe; lo que mueve los planetas y las estrellas es la deformación del espacio tiempo» —en palabras del físico Michio Kaku.

Ahora, ¿te imaginas una estrella supermasiva, colapsada, la tremenda distorsión que haría en esta especie de membrana cósmica? Pues haría un hoyo negro, ¿no?; negro, porque incluso la luz viaja demasiado lento para escapar. Y hoyo, porque lo que cae ahí no puede salir. Sin embargo, el principio de incertidumbre de la mecánica quántica permite que escapen partículas y radiación de un agujero negro. —Hawking.

John wheeler y su invento del término Hoyo Negro.

Había, allá por los finales de los años sesenta, un físico llamado John Wheeler, uno de los últimos alumnos que tuvo Einstein y que enseñaba de manera muy particular complejos términos físicos con ilustraciones y ejemplos para que los jóvenes pudiesen usar la imaginación; pues bien, este hombre tuvo la ocurrencia de inventar el término Hoyo Negro. —También se aventó esa del agujero de gusano—

¿Quieren recordar cómo se le ocurrió? Sucede que las estrellas explotan —bueno, algunas… de hecho, muy pocas — Vamos, a éstas se les acaba el combustible, y se caen. Imaginen un globo aerostático, como el de Viaje alrededor del mundo con 80 tías. Si el combustible se le acaba, ¿se queda allá arriba? No, se apachurra y cae por su propio peso. —Puristas, no convulsionen, plis.

Pues bien, a ese fenómeno en las estrellas, los físicos contemporáneos de Wheeler le llamaron “Objeto colapsado completamente de manera gravitacional”, de manera que cada vez, en cada reunión, coffe break, plática informal, conferencia, exposición, charla de sobremesa, o visita al baño, que hablaban del tema debían de repetir “Objeto colapsado completamente de manera gravitacional”.

Wheeler ya estaba hasta el Keke, harto de estar pomposamente diciendo “Objeto colapsado completamente de manera gravitacional”, de manera que se le ocurrió en una reunión, sobre física espacial en Nueva York, en 1969, decir:—¿saben qué? Esta roña se va a llamar ahora Hoyo Negro y le cae al que se raje. No, pues así, todos estuvieron de acuerdo.

“Las cosas cambiaron de manera decisiva cuando John Wheeler inventó el término. No fue el primer término; se habían usado otros, sin que se aceptaran. La magia se da cuando algo se acepta. Todos lo adoptaron y entonces todo mundo supo que se estaba hablando de lo mismo.” — Brando Carter.

— Oye Wheeler, pero si el Hoyo es Negro, ¿cómo verlo?

Eso le preguntaban a cada rato y aquí es donde el físico explica de manera que los perplejos como yo le pudiesen entender.

—Mira, decía: ¿alguna vez han estado en un baile? ¿Alguna vez han visto allí a los hombres vestidos con smoking negro y a las chicas con vestidos blancos girando sostenidas por los brazos de ellos, con las luces casi apagadas? No se puede dejar de ver a las chicas. Bueno, la chica es una estrella común y el muchacho es el agujero negro. No se ve un agujero más de lo que se puede ver al hombre bailador. Pero la chica que sigue girando proporciona evidencia convincente de que debe de haber algo que la mantiene en órbita. (Hawking 86)

¿A qué hora empiezan a hacerse los hoyos negros?

Vayamos por partes, dijo Jack el destripador.

Se aparece un hindú llamado Subrahmanyan Chandrasekhar? Chandrasekhar es por cierto, un nombre muy apropiado para un astrónomo. Chandra significa “Luna” en sánscrito.

Chandra, para los amigos, era un muchachito hindú que tenía un tío famoso que había ganado un premio Nóbel; era un nerd que de chamaco había devorado los escritos de Einstein y de sir Arthur Eddington y que además, poseía una poderosa y superior habilidad matemática. Después de doctorarse en Cambridge, llega a la universidad de Chicago a trabajar. Allí conoció a muchos famosos como a George Gamow y a Carl Sagan, quién lo presentó con la crema y nata de la aristocracia científica.

Carl Sagan no se asomaba mucho al telescopio, —lo suyo, lo suyo, era el charm—pero organizaba unas tertulias muy sabrosas, que eran la envidia de los formales y serios compañeros del campus universitario. En esas reuniones siempre participaba una celebridad de algún campo de la ciencia y Chandrasekhar no fue la excepción.

Pero los invitados de Sagan no soportaban las soporíferas cátedras de matemáticas del hindú pues estaba, en ese aspecto, muy por encima de la comunidad.

Chandra, a mitad de sus exposiciones, entraba en una especie de trance hipnótico durante varios minutos, sin hablar, imaginando la danza de las ecuaciones como en una sinfonía en la que él era el director. —Los demás, salían corriendo a buscar un francotirador.

Chandrasekhar estaba interesado, partiendo de los escritos de Eddington, en la constitución interna de las estrellas. Eddington sostenía que las estrellas acababan sus vidas transformadas en objetos pequeños del tamaño de la Tierra y conocidos como enanas blancas tras agotar sus fuentes de energía. Chandrasekhar incluyó en sus cálculos efectos de tipo cuántico y relativistas concluyendo que tan sólo las estrellas de baja masa podían terminar sus vidas tal y como Eddington había planteado.

Sus cálculos más elaborados mostraban que para estrellas de masa superior a 1,4 la masa de nuestro propio Sol las estrellas, en ausencia de una fuente interna de calor, se colapsarían por debajo del tamaño terrestre. Este límite se conoce como límite de Chandrasekhar. Sus descubrimientos apuntaban a la formación de estrellas de neutrones y agujeros negros. —wikipedia

La formación de los hoyos negros

Lo que importa es el tamaño. –Atentamente, King Kong y Godzilla (Lonnie dixit)

Siendo muy simple y pidiendo perdón por informal, toda estrella que explota, es candidata a convertirse en un agujero negro. Bueno, pero no todas las estrellas explotan ¿he?

Las estrellas son esferas de gas en que la presión hacia el exterior debida al gas caliente que contienen equilibra la fuerza hacia el interior debida a la gravedad. —(Kirshner 38) Las estrellas como nuestro Sol debido a su menor masa no explotan y son candidatas a convertirse, primero, en gigantes rojas, luego en enanas blancas, mismas que no explotarán, sino que durarán miles de años enfriándose. Peeeeero, no todas las estrellas terminan como nuestro Sol.

Si la enana blanca está cerca del límite de Chandra y contiene casi 1,5 veces más masa que el Sol ¿qué pasaría si se le añade gas desde afuera? Supongamos que nuestra amiga recibe una ayudadita cortesía de una estrella compañera, la enana blanca tomará prestado, subirá de peso, se angustiará, pelará los ojos y explotará formando una supernova.

También aquellas estrellas que desde su nacimiento estén bastante pasaditas de peso, algo así como el equivalente a 10 soles o más, están en peligro inminente de tronar. Cuando sus núcleos se compacten con elementos pesados, tarde o temprano alcanzarán cierto límite —el límite de Chandrasekhar— y explotarán, su núcleo convertido en una estrella de neutrones. Si no contentas con eso, las estrellas acumularon en su núcleo tres veces más masa que la que tiene el Sol, entonces agarran el fast track y se convierten en hoyos negros.

Fábrica de hoyos negros

Ahora, todo lo que puede ser contado cuenta; pero no todo lo que cuenta, puede ser contado. —Albert Einstein

Ahora resulta que ya andan buscando cómo fabricar (mini) hoyos negros caseros. Así es, mis buscadores de objetos exóticos. Deseando crear condiciones adecuadas para colisionar partículas subatómicas a velocidades lumínicas, se diseñó un túnel de 27 kilómetros de largo y a cien metros bajo tierra donde se intentará dar origen a mini hoyos negros al examinar los residuos de dichas colisiones; se intentará en el más grande acelerador de partículas, un portento de tecnología llamado Gran Colisionador de Hadrones —dije hadrones— (Large Hadron Collider –LHC) del Consejo Europeo de Investigación Nuclear, CERN.

Claro que dichos mini hoyos serán casi efímeros, inestables y perturbadoramente incomprensibles —por ahora—, pero así son los físicos, que quiere usted. Me acordé de una frase que en broma dice que si apesta es química, si se retuerce es biología, si no se entiende es matemáticas y si no funciona, es física.

Yo, por lo pronto, ya experimenté antes que el Gran Colisionador, que un agujero negro es un hoyito que se traga sistemas planetarios, allá en el ancho cosmos infinito y aquí se traga todo mi salario…(un agujero negro en el bolsillo) —Virulo.

Ya basta de ensalada.

Si quieren carnita, lean el artículo de Lonnie Pacheco sobre el tema de los agujeros negros en http://www.astronomos.org/articulistas/Lonnie/Hoyos_Negros.htm

También pueden oír a Virulo “Un agujero negro en el bolsillo”, en mp3.

Saludos desde esta parcela que ya desaparece porque acaba de caer en un hoyo negro.
El Perplejo Sideral.

The post Un agujero negro en el mantel de mi abuelita first appeared on Astrónomos MX.

Con una pequeña ayuda de su amiga la super computadora, los astrónomos Karl Gebhardt (De la University of Texas en Austin) and Jens Thomas (del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) han descubierto un agujero negro en el corazón de M87, una gigante galaxia vecina.

Se le calcula su  peso de 6.4 mil millones de veces la masa de nuestro Sol. Gebhardt presentará sus resultados en una conferencia de prensa del 8 al 12 de junio en la reunión número 214 de la American Astronomical Society en Pasadena, Calif.

The post En M87, un agujero negro super masivo first appeared on Astrónomos MX.

Los Agujeros Negros, esas grandes concentraciones de materia confinadas a un espacio muy pequeño con tanta gravedad que impiden que siquiera la luz, el medio más veloz de transmisión, escape de su superficie, han sido uno de los objetos celestes más estudiados por el telescopio espacial Hubble. Especialmente, este telescopio ha observado lo que se llaman hoyos negros supermasivos, no producto de la muerte de una estrella, sino resultado de colapso de materia en el núcleo de las galaxias. La alta definición óptica del telescopio y la posibilidad de medir la velocidad de material girando cerca del núcleo de las galaxias, ha permitido esta hazaña.

“2009: AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA”… El Universo para que lo descubras. Contribución del Área de Astronomía de la Universidad de Sonora.

LOS AGUJEROS NEGROS FASCINAN A MUCHOS.
Aunque pocos los entienden en verdad (entendemos, Quimo Sabi).
Por Lonnie Pacheco

Un hoyo negro es un objeto tan masivo y con un campo gravitatorio tan concentrado que ni siquiera la luz puede escapar de sus lazos. El concepto de lo que hoy llamamos hoyo negro no es nuevo, pero….

The post Los Agujeros Negros desde el Hubble first appeared on Astrónomos MX.