Un agujero negro u hoyo negro es una región del espacio-tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con enorme aumento de la densidad, lo que provoca un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de dicha región. La curvatura del espacio-tiempo o «gravedad de un agujero negro» debida a la gran cantidad de energía del objeto celeste provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos separa la región de agujero negro del resto del Universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio. En los años 70, Hawking y Ellis demostraron varios teoremas importantes sobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros. Previamente, en 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujeros negros debían tener una geometría cuasi-esférica determinada por tres parámetros: su masa M, su carga eléctrica total e y su momento angularL. Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas. Proceso de formación El origen de los agujeros negros es planteado por el astrofísico Stephen Hawking en su libro titulado Agujeros negros y la historia del tiempo. Allí el mismo comenta acerca del proceso que da origen a la formación de los agujeros negros. Dicho proceso comienza posteriormente a la muerte de una gigante roja (estrella de gran masa), llámese muerte a la extinción total de su energía. Posteriormente al pasar varios miles de millones de años la fuerza gravitatoria de dicho sol comienza a ejercer fuerza sobre si mismo originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose de ese modo en una enana blanca. 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 este momento podemos hablar de una masa infinita atrapada sin volumen, que es el mismo centro del agujero negro denominado singularidad. Al pasar el tiempo este agujero negro podría desarrollar fuerzas de atracción suficientes para devorar sistemas solares y hasta galaxias circundantes. Últimamente se ha comprobado la existencia de un agujero negro en el centro de la galaxia en donde se encuentra nuestro sistema solar, la Vía Láctea.
Historia del agujero negro
El concepto de un cuerpo tan denso que ni la luz pudiese 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-Simon Laplace explicó en las dos primeras ediciones de su libro Exposition 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 influenciada 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, el término "agujero negro" fue acuñado por John Wheeler.
Clasificación teórica
Según su origen, teóricamente pueden existir al menos tres clases de agujeros negros:
Agujeros negros primordiales
Aquellos que fueron creados temprano en la historia del Universo. Sus masas pueden ser variadas y ninguno ha sido observado.
Según la masa
Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Son el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a las componentes esféricas de las galaxias.
Agujeros negros de masa estelar. Se forman cuando una estrella de masa 2,5 mayor que la masa del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más.
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 adaptable 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), al mismo se le supone una masa 4,5 millones de veces mayor que la del Sol. El agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia actualmente es poco activo ya que ha consumido gran parte de la matería bariónica que se encuentra en la zona de su inmediato campo gravitatorio y emite grandes cantidades de radiación. Por su parte la astrofísica Fayal Özel ha explicado algunas características probables en torno a un agujero negro: cualquier, incluido el espacio, cosa 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 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. La formación de micro agujeros negros en los aceleradores de partículas ha sido informada,pero no confirmada. Por ahora, no hay candidatos observados para ser agujeros negros primordiales.
El mayor
En el año 2007 se descubrió el agujero negro, denominado IC 10 X-1, está en la constelación de Casiopea cerca de la galaxia IC 10, a una distancia de 1,8 millones de años luz de la Tierra con una masa de entre 24 y 33 veces la de nuestro Sol se considera el mayor hasta la fecha. Posteriormente en abril de 2008 la revista Nature publicó un estudio realizado en la Universidad de Turku (Finlandia) por un equipo de científicos dirigido por Mauri Valtonen descubrió un sistema binario, un blazar llamado OJ287, tal sistema está constituido por un agujero negro menor que orbita en torno al mayor, la masa del mayor sería de 18.000 millones de veces la de nuestro Sol. Se supone que en cada intervalo de rotación el agujero negro menor golpea la ergosfera del mayor dos veces generándose un quásar. El menor En abril de 2008 el equipo coordinado por Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk ha identificado el más pequeño de los agujeros negros conocidos hasta la fecha; ha sido denominado J 1650, se ubica en la constelación 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 practicamente 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 explica que chorros de plasmacolimados 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 stream) en un reactor. Cuando los chorros de plasma que son 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 un 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). Bibliografia Wikipedia.org
Como viene siendo habitual el canal ianuaStella os trae en exclusiva a través de online hispano, un documental sobre agujeros negros, y como viene siendo costumbre en este canal, de lo más actual, fue producido por PBS-NOVA en 2007. En este mismo canal está el documental de Horizon "Agujeros negros supermasivos" que se emitió por Discovery Channel en 2002, pues bien, el documental de PBS-NOVA titulado "El monstruo de la Vía Láctea", tiene el mismo argumento que aquel otro documental que acabo de mencionar, pero con la salvedad que es más actual con lo que repercute que nos hable de los últimos descubrimientos al respecto de los agujeros negros supermasivos, y más concretamente al superagujero negro que "hiberna" (inactivo) al centro de nuestra Vía Láctea", y según este nuevo documental, nos hablará de la naturaleza de esos agujeros negros supermasivos, y de cuando probablemente despierte este superagujero, será una vorágine en el centro de la vía Láctea. Grandes científicos nos hablará de la naturaleza de estos agujeros negros, entre ellos el famoso astrofísico Neil deGrasse Tyson. También nos hablará de la teoría de las galaxias compactas, en la que las galaxias más pequeñas terminan fusionándose con las mayores. Como muchos usuarios de este canal pedían más documentales sobre los misteriosos agujeros negros, y como en este canal había un gran número de documentales sobre ello, pues aquí tenéis uno, y además de lo más actual que se puede visionar en estos momentos sobre agujeros negros supermasivos.
Resumen del programa número 342 emitido el 12 de enero de 2005 por La2 de tve
(a las tantas de la madrugada). "Einstein tenía un sueño, mejor dicho, una
pesadilla. No podía aceptar que su relatividad general no fuera compatible con
la mecánica cuántica. El sueño que persiguió durante sus últimos 30 años fue
encontrar una teoría que fuera válida tanto para el mundo que vemos, el
macroscópico, como para el mundo atómico. Una teoría unificadora, la "teoría del
todo". No lo consiguió. Pero ahora tenemos una candidata, la teoría de las
supercuerdas. Debatiremos la posibilidad de la existencia de más universos, de
más dimensiones, y del principio antrópico. La segunda parte del programa es un
reportaje especial grabado en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la
isla de la Palma. Uno de los más avanzados del mundo. Allí preguntaremos a
cosmólogos, astrofísicos y físicos de partículas cuáles son los temas más
candentes de la investigación astrofísica actual, las fronteras del conocimiento
científico del universo. Si apasionante es relatarles lo que hemos aprendido,
quizás lo es más pensar en lo que todavía nos falta por descubrir, los
verdaderosenigmas que oculta el universo."
El Universo de Stephen Hawking's Desde Tholomeo al Big Bang
Stephen Hawking, el gran científico de nuestra era, el suscesor de la cátedra de Newton nos explica en sus propias palabras la estructura del Universo. Stephen Hawking: "debemos colonizar otros planetas o estamos condenados a la extinción", físico teórico británico, es conocido por sus intentos de aunar la relatividad general con la teoría cuántica y por sus aportaciones íntegramente relacionadas con la cosmología. Hawking tiene un cerebro privilegiado, como pocos. Stephen William Hawking nació el 8 de enero de 1942 en Oxford, Inglaterra.Ha escrito Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros (1988) y otras obras que se han convertido en best-sellers. Hawking ha hecho importantes aportaciones a la ciencia mientras lucha contra la esclerosis lateral amiotrófica, una enfermedad incurable del sistema nervioso. En 1989 le fue concedido el Premio Príncipe de Asturias de la Concordia. El Profesor Hawking tiene doce doctorados honoríficos, ha ganado el CBE en 1982 y fue designado Compañero de Honor en 1989. Es el receptor de numerosos premios, galardones y medallas y es Miembro de Honor de la Royal Society y de la US National Academy of Sciencies. Stephen Hawking combina la vida en familia y su investigación en física teórica, junto con un extenso programa de viajes y conferencias.Alrededor del año 2004 propuso su nueva teoría acerca de las "simas o agujeros negros" un término que por lo general se aplica a los restos de estrellas que sufrieron un colapso gravitacional después de agotar todo su combustible nuclear. Según Hawking, el universo está prácticamente lleno de "pequeños agujeros negros" y considera que estos se formaron del material original del universo. Ha declarado también acerca del origen del universo: "En la teoría clásica de la relatividad general [...] el principio del universo tiene que ser una singularidad de densidad y curvatura del espacio-tiempo infinitas. En esas circunstancias dejarían de regir todas las leyes conocidas de la física (...) Mientras más examinamos el universo, descubrimos que de ninguna manera es arbitrario, sino que obedece ciertas leyes bien definidas que funcionan en diferentes campos. Parece muy razonable suponer que haya principios unificadores, de modo que todas las leyes sean parte de alguna ley mayor"