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Agujeros negros

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Agujeros negros

Mensaje por Talisman el Sáb Abr 30, 2011 10:16 pm



Agujeros negros

Un agujero negro es un
hipotético cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni siquiera
la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. 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. 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.

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.


Formación de los agujeros negros

Los agujeros negros
pueden formarse durante el transcurso de la evolución estelar. Cuando el combustible
nuclear se agota en el núcleo de una estrella, 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 1,7 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.
En 1994, el telescopio
espacial Hubble proporcionó sólidas pruebas de que existe un agujero negro en
el centro de la galaxia M87. La alta aceleración de gases en esta región indica
que debe haber un objeto o un grupo de objetos de 2,5 a 3.500 millones de masas
solares.
El físico inglés Stephen
Hawking ha sugerido que muchos agujeros negros pueden haberse formado al comienzo
del Universo. Si esto es así, muchos de estos agujeros negros podrían estar
demasiado lejos de otra materia para formar discos de acreción detectables,
e incluso podrían componer una fracción significativa de la masa total del Universo.
En reacción al concepto de singularidad, Hawking ha sugerido que los agujeros
negros no se colapsan de esa forma, sino que forman “agujeros de gusano” que
comunican con otros universos diferentes al nuestro.
Un agujero negro de masa
suficientemente pequeña puede capturar un miembro de un par electrón-positrón
cerca del horizonte de sucesos, dejando escapar al otro. Esta partícula sustrae
energía del agujero negro, provocando la evaporación de éste. Cualquier agujero
negro formado en los comienzos del Universo, con una masa menor de unos pocos
miles de millones de toneladas ya se habría evaporado, pero los de mayor masa
pueden permanecer.
En enero de 1997, un
equipo de astrofísicos estadounidenses presentó nuevos datos sobre los agujeros
negros. Sus investigaciones se extendieron a nueve sistemas binarios de estrellas,
emisores de rayos X (binarias de rayos X). En cinco de los nueve casos, cuando
el material de la estrella de menor masa golpea la superficie del otro objeto,
éste emite una radiación brillante en su superficie; se trata de una estrella
de neutrones. En las otras cuatro binarias, de las que se creía que contenían
agujeros negros, la radiación emitida por el segundo objeto es mínima: la energía
desaparecería a través del horizonte de sucesos. Estos datos constituyen el
conjunto de pruebas más directo (aunque no definitivo) de la existencia de agujeros
negros. El mismo equipo de investigadores informó también del descubrimiento
de tres nuevos candidatos a agujeros negros localizados en los centros de las
galaxias NGC 3379 (también conocida como M105), NGC 3377 y NGC 4486B.


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