¿Qué es un agujero negro? ¿Por qué aparecen los agujeros negros?
Un agujero negro es una zona oscura del espacio y el tiempo después de que algunas estrellas masivas colapsan debido a la gravedad, lo que queda se convierte en un agujero negro. Su característica básica es que tiene un horizonte de sucesos cerrado, que es el límite del agujero negro. Toda la materia externa y la radiación pueden entrar en este horizonte de sucesos, pero ninguna materia dentro del horizonte de sucesos puede escapar de él. Podemos usar la frase "no hay nada dentro pero no hay salida" para describirlo.
¿El misterio de la creación de los agujeros negros?
Cuando la energía nuclear de una estrella con una masa considerable se agota (explosión de supernova), el núcleo de la estrella cuya masa es tres veces mayor que la masa del sol evolucionará hacia un agujero negro (si la La estrella de neutrones tiene una estrella compañera, y la estrella de neutrones absorbe suficiente material de la estrella compañera también puede evolucionar hasta convertirse en un agujero negro). Dentro de un agujero negro, no hay fuerza hacia afuera para mantener el equilibrio con la gravedad, por lo que el núcleo continuará colapsando, formando un agujero negro.
Cuando la materia cae en el mundo de la materia, incluso a la velocidad de la luz, no puede volver a salir.
Einstein explicó un agujero negro desde una perspectiva geométrica como un agujero en la distorsión del espacio. Si el espacio en sí es un agujero, ninguna materia puede escapar.
Existen cuatro tipos de agujeros negros:
Los agujeros negros evolucionaron a partir de estrellas, los agujeros negros primitivos, los agujeros negros de peso pesado y los agujeros negros de peso medio que se están investigando.
¿Los agujeros negros también tienen límites?
Cuando se forma un agujero negro, toda la materia colapsará hacia el centro en una partícula muy pequeña, llamada singularidad. La capa superficial del agujero negro se llama "cúpula del evento".
La distancia entre la capa superficial y la singularidad central es el radio de Schwann. Para que cualquier materia escape del radio de Schwarzman de un agujero negro, su velocidad de escape debe ser mayor que la velocidad de la luz.
Pero según la teoría especial de la relatividad, la velocidad de la luz es el límite de velocidad. Por lo tanto, cuando toda la materia alcanza el horizonte de sucesos, es atraída hacia el punto singular en el centro y nunca puede escapar.
¿Son invisibles los agujeros negros?
Un agujero negro es un cuerpo celeste cuya gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz más rápida puede escapar. El espacio-tiempo alrededor del agujero negro también se ve distorsionado por la influencia de la gravedad, creando un "plano terrestre" del que ya no puede escapar la materia absorbida por él. Su radio se llama "radio de gravedad". Como ni siquiera la luz puede escapar, es imposible ver el interior del plano de los acontecimientos.
¿El descubrimiento de los agujeros negros?
El 27 de abril de 1990, el lanzamiento del Telescopio Espacial Hubble abrió una nueva página para la exploración humana del espacio. Aunque se cometieron errores durante la fabricación, las imágenes quedaron muy comprometidas, pero aún así hizo una gran contribución. a la astronomía.
Recientemente, la humanidad ha obtenido más evidencia a través del Telescopio Espacial Hubble de agujeros negros que siempre han existido sólo dentro del alcance de la teoría. Un agujero negro con una masa tres millones de veces mayor que la del Sol fue descubierto en M32, cerca de la galaxia de Andrómeda M31. M32 es una galaxia cercana a nuestra Vía Láctea, a 2,3 millones de años luz de la Tierra. Es la galaxia más densa conocida por la humanidad y contiene 4 millones de estrellas en un diámetro de sólo mil años luz (nuestra Vía Láctea tiene un diámetro de unos 100.000 años luz. Su centro y su densidad son 100 veces mayores que la de nuestra Vía Láctea). Camino. Aproximadamente un millón de veces. Si vivieras en el planeta en el centro de M32, verías una luz nocturna densamente poblada de estrellas, cien veces más brillante que la luna llena. Los científicos especularon basándose en la actividad de las estrellas de la galaxia y su densidad central. Las estrellas de esta galaxia se mueven 100 kilómetros por segundo más rápido que otras galaxias ordinarias.
¡Busquemos juntos los agujeros negros!
Debido a que los agujeros negros no pueden emitir luz y son muy pequeños, es imposible medir la Tierra con un telescopio astronómico. Pero según la teoría, si la estrella compañera de un par de estrellas binarias es un agujero negro, entonces el material de la estrella principal es atraído por el agujero negro y forma un anillo de acreción. Debido a que los materiales en el anillo de acreción rozan entre sí, provocan altas temperaturas y, por lo tanto, irradian rayos X. Por lo tanto, los cazadores de agujeros negros se centran en binarios cercanos de rayos X.
En 1962, los humanos detectaron una corriente de rayos X ubicada en el cuello de cisne de la constelación Cygnus y nombraron que la fuente era muy probable que fuera un agujero negro. Cygnus X-1 es una fuente de rayos X y una de sus subestrellas es una súper gigante azul, que puede ser un agujero negro sin la masa invisible de la subestrella.
Respuesta: Xiaoquan - Gerente Nivel 4 1-19 16:13
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Un "agujero negro" es un cuerpo celeste: su campo gravitacional es tan poderoso que ni siquiera la luz puede escapar. Según la teoría general de la relatividad, un campo gravitacional curvará el espacio-tiempo. Cuando la estrella es muy grande, su campo gravitacional tiene poco impacto en el espacio-tiempo. La luz emitida desde un determinado punto de la superficie de la estrella puede emitirse en línea recta en cualquier dirección. Cuanto más pequeño sea el semiradio de la estrella
mayor será su efecto sobre la curvatura del espacio-tiempo circundante, y la luz emitida en ciertos ángulos regresará a la superficie de la estrella a lo largo del espacio curvo
.
Cuando el radio de la estrella es lo suficientemente pequeño como para alcanzar un determinado valor (llamado "radio de Schwarzschild" en astronomía), incluso la luz emitida por la superficie vertical
es captada. En este punto, la estrella se convierte en un agujero negro. Decir que es "negro" significa que es como un pozo sin fondo en el universo. Una vez que cualquier materia cae en él, "parece" que nunca podrá escapar. De hecho, los agujeros negros son realmente "invisibles", como se describirá a continuación.
¿Cómo se forman los agujeros negros? De hecho, al igual que las enanas blancas y las estrellas de neutrones, es probable que los agujeros negros evolucionen a partir de estrellas. Hemos introducido con cierto detalle el proceso de formación de enanas blancas y estrellas de neutrones. Cuando una estrella envejece, sus reacciones termonucleares han agotado el combustible (hidrógeno) del centro y la energía producida por el centro se está agotando. De esta forma, ya no tiene fuerza suficiente para soportar el enorme peso del caparazón. Por tanto, bajo la fuerte presión de la capa exterior
el núcleo comienza a colapsar hasta formar finalmente una estrella pequeña y densa, que es capaz
de equilibrarse con la presión nuevamente.
Las estrellas con masas más pequeñas evolucionan principalmente hacia enanas blancas, mientras que las estrellas con masas más grandes pueden formar estrellas de neutrones.
Según los cálculos de los científicos, la masa total de una estrella de neutrones no puede ser superior a tres veces la masa del sol. Si excede este valor, entonces no quedará fuerza para lidiar con su propia gravedad, lo que desencadenará otro Big Crunch.
Esta vez, según la conjetura de los científicos, la materia marchará inexorablemente hacia el punto central hasta convertirse en un
"punto" donde el volumen tiende a cero y la densidad tiende al infinito . Y una vez que su radio se reduce hasta cierto punto
(radio de Schwarzschild), como introdujimos anteriormente, la enorme gravedad hará imposible que incluso la luz se mueva hacia afuera
Expulsada, cortando así Se cortaron todas las conexiones entre la estrella y el mundo exterior: nació un "agujero negro".
En comparación con otros cuerpos celestes, los agujeros negros son demasiado especiales. Por ejemplo, los agujeros negros son "invisibles" y la gente no puede observarlos directamente. Incluso los científicos sólo pueden hacer varias conjeturas sobre su estructura interna. Entonces, ¿cómo se esconde un agujero negro? La respuesta es: espacio curvo. Todos sabemos que la luz viaja en línea recta. Este es el sentido común más básico. Sin embargo, según la teoría general de la relatividad, el espacio se curvará bajo la acción del campo gravitacional.
En este momento, aunque la luz todavía viaja a lo largo de la distancia más corta entre dos puntos cualesquiera, ya no es una línea recta, sino una curva. En sentido figurado, parece que la luz originalmente iba a ir en línea recta, pero la fuerte gravedad la alejó de su dirección original.
En la Tierra, debido a que el campo gravitacional tiene un efecto pequeño, esta flexión es mínima. Alrededor del agujero negro, la deformación del espacio es muy grande. De esta manera, incluso si una parte de la luz emitida por una estrella bloqueada por un agujero negro cae en el agujero negro y desaparece, la otra parte de la luz pasará por alto el agujero negro en el espacio curvo y llegará a la Tierra.
Así, podemos observar sin esfuerzo el cielo estrellado detrás del agujero negro, como si el agujero negro no existiera.
Esta es la invisibilidad de los agujeros negros.
Lo que es más interesante es que algunas estrellas no sólo emiten luz hacia la Tierra directamente a la Tierra, sino que la luz que emiten en otras direcciones
también puede verse afectada por la fuerte gravedad de Los agujeros negros cercanos se refractan para llegar a la Tierra. De esta forma, no sólo podremos ver la “cara” de la estrella, sino también sus lados ¡e incluso su espalda!
El "agujero negro" es sin duda una de las teorías astronómicas más desafiantes y apasionantes de este siglo. Muchos científicos están trabajando arduamente para desvelar su misterio y constantemente se proponen nuevas teorías. Sin embargo,
Estos últimos resultados de la astrofísica contemporánea no se pueden explicar aquí claramente en pocas palabras.
Respuesta: Chengdu Madman - Nivel académico 3 1-19 16:15
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Se refiere al vórtice generado después de que la estrella explota. ¡Será mejor que no entres!
Respuesta: beckham2003 - Mago en prácticas Nivel 2 1-19 16:18
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Un cuerpo celeste especial
Respuesta: randorg - Scholar Level 3 1-19 16:19
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Los agujeros negros son cuerpos celestes del universo. 1969, el científico estadounidense John Huey Un nombre acuñado por Le para describir vívidamente objetos desconocidos en el espacio. En 1973, John Michel explicó en un artículo que un cuerpo celeste con una masa enorme y una estrella extremadamente densa y un campo gravitacional tan grande que ni siquiera la luz puede hacerlo. escapar se llama agujero negro
Respuesta: zhangzo4925 - Asistente Nivel 3 1-19 16:27
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El segundo año después de que Einstein propusiera la teoría general de la relatividad, es decir, en 1916, Schwarzschild descubrió la existencia de agujeros negros en la teoría. , pero no fue hasta 1960 que sus científicos entendieron y aceptaron la existencia de los agujeros negros.
Muchos agujeros negros son simplemente el foco de una evolución estelar masiva. La masa de estas estrellas es más de 10 veces la del sol. A lo largo de sus vidas, siempre hay dos fuerzas diferentes que compiten entre sí: su propia gravedad presiona hacia adentro y la energía generada por la reacción de fusión termonuclear interna presiona hacia afuera. Cuando estas dos fuerzas son iguales, la estrella se encuentra en un estado más estable. Pero el combustible utilizado para la fusión termonuclear dentro de la estrella eventualmente se agotará. Cuando llegue ese día, la disparidad de poder se hará evidente. Una vez que la gravedad se hace cargo, la estrella inevitablemente colapsará hacia adentro y el efecto de la gravedad será cada vez más intenso. A medida que el material de una estrella se vuelve más denso, su velocidad de escape aumenta. Un agujero negro se forma cuando una estrella se vuelve tan densa que su velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz. En este punto, ni siquiera el material que se mueve más rápido en el universo, la luz, no puede escapar del agujero negro.
Además, en el universo existen algunos agujeros negros extremadamente masivos, que se encuentran en los centros de galaxias y quásares. Por ejemplo, hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, que es 4 millones de veces más masivo que el sol. El proceso de formación de estos agujeros negros no se comprende del todo. Pero no importa qué tipo de agujeros negros sean, no son más que una forma extrema de existencia de los cuerpos celestes.
Respuesta: sirius115 - Asistente Nivel 2 1-19 16:27
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¿Qué es un agujero negro?
Hay un enorme campo gravitacional escondido en un agujero negro. Esta fuerza gravitacional es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz. , puede escapar del agujero negro. Un agujero negro no permite que el mundo exterior vea nada dentro de sus límites, razón por la cual estos objetos se denominan "agujeros negros". No podemos observarlo a través del reflejo de la luz y sólo podemos conocer un agujero negro indirectamente a través de los objetos circundantes que se ven afectados por él. Se especula que los agujeros negros son restos de estrellas muertas o nubes de gas en explosión, creados cuando supergigantes masivas especiales colapsan y se contraen.
Debido a que los agujeros negros son invisibles, algunas personas siempre se han preguntado si los agujeros negros realmente existen. Si realmente existen, ¿dónde están?
El proceso de producción de un agujero negro es similar al proceso de producción de una estrella de neutrones; el núcleo de la estrella se contrae rápidamente bajo su propio peso y explota violentamente. El proceso de contracción se detiene inmediatamente cuando toda la materia del núcleo se convierte en neutrones y se comprime formando un planeta denso. Pero en el caso de un agujero negro, debido a que la masa del núcleo de la estrella es tan grande que el proceso de contracción continúa sin fin, los propios neutrones son triturados hasta convertirse en polvo bajo la atracción de la gravedad misma, y lo que queda es un material con una densidad inimaginable. Todo lo que se acerca a él es absorbido y los agujeros negros se vuelven como aspiradoras.
Para comprender la dinámica de los agujeros negros y comprender cómo evitan que todo lo que hay en su interior escape, debemos analizar la relatividad general. La relatividad general es una teoría de la gravedad creada por Einstein, que se aplica a planetas, estrellas y agujeros negros. Esta teoría, propuesta por Einstein en 1916, explica cómo el espacio y el tiempo se distorsionan ante la presencia de objetos masivos. En pocas palabras, la relatividad general dice que la materia curva el espacio y que la curvatura del espacio, a su vez, afecta el movimiento de los objetos que viajan a través del espacio.
Veamos cómo funciona el modelo de Einstein. Primero, considere que el tiempo (las tres dimensiones del espacio son largo, ancho y alto) es la cuarta dimensión en el mundo real (aunque es difícil dibujar una dirección distinta a las tres habituales, podemos hacer todo lo posible para imaginarla). ). En segundo lugar, consideremos el espacio-tiempo como la superficie de un gigantesco y tenso colchón de resortes gimnásticos.
La teoría de Einstein era que la masa curva el espacio-tiempo. También podríamos colocar una piedra grande sobre el lecho de una cama con muelles para ilustrar esta situación: el peso de la piedra hace que la cama apretada se hunda ligeramente. Aunque la cama con muelles sigue siendo básicamente plana, su centro sigue siendo ligeramente cóncavo. Si coloca más piedras en el centro de una cama de resortes, tendrá un efecto mayor, haciendo que la superficie de la cama se hunda aún más. De hecho, cuantas más piedras haya, más se flexionará el lecho de muelles.
Del mismo modo, los objetos masivos en el universo distorsionarán la estructura del universo. Así como 10 piedras curvan la superficie de un lecho de resortes más que 1 piedra, los objetos mucho más masivos que el Sol curvan el espacio mucho más que los objetos de una masa solar o menos.
Si una pelota de tenis rueda sobre un colchón de resortes plano y tenso, se moverá en línea recta. En cambio, si pasa por un lugar cóncavo, su recorrido tendrá forma de arco. De la misma manera, los cuerpos celestes que viajan a través de áreas planas del espacio-tiempo continúan moviéndose en línea recta, mientras que los que viajan a través de áreas curvas se moverán a lo largo de trayectorias curvas.
Ahora observemos el impacto de un agujero negro en la región del espacio-tiempo que lo rodea. Imaginemos una piedra muy masiva colocada sobre un lecho de manantiales para representar un agujero negro extremadamente denso. Naturalmente, las piedras afectarán en gran medida la superficie de la cama, no solo haciendo que la superficie se doble y se hunda, sino que también pueden causar que la superficie de la cama se rompa. Una situación similar también puede ocurrir en el universo. Si hay un agujero negro en el universo, la estructura del universo se destrozará. Esta ruptura en el tejido del espacio-tiempo se llama singularidad o singularidad del espacio-tiempo.
Ahora veamos por qué nada puede escapar de un agujero negro. Así como una pelota de tenis que rueda sobre un colchón de resortes cae en un agujero profundo formado por una gran roca, un objeto que pasa a través de un agujero negro será capturado por su trampa gravitacional. Además, se requiere una cantidad infinita de energía para salvar un objeto desafortunado.
Ya hemos dicho que nada puede entrar en un agujero negro y escapar de él.
Pero los científicos creen que los agujeros negros liberan su energía lentamente. El famoso físico británico Hawking demostró en 1974 que los agujeros negros tienen una temperatura distinta de cero y una temperatura superior a la de su entorno. Según los principios de la física, todos los objetos con una temperatura superior a la de su entorno liberarán calor, y los agujeros negros no son una excepción. Un agujero negro seguirá emitiendo energía durante millones de billones de años. La energía liberada por el agujero negro se llama radiación de Hawking. Un agujero negro disipa toda su energía y desaparece.
El agujero negro entre el tiempo y el espacio ralentiza el tiempo y hace que el espacio sea elástico, mientras se traga todo lo que pasa a través de él. En 1969, el físico estadounidense John Wheeler llamó a este insaciable espacio "agujero negro".
Todos sabemos que, como los agujeros negros no pueden reflejar la luz, son invisibles. Los agujeros negros pueden parecer distantes y oscuros en nuestras mentes. Pero el famoso físico británico Hawking cree que los agujeros negros no son tan negros como la mayoría de la gente piensa. Según las observaciones de los científicos, hay radiación alrededor del agujero negro y es probable que provenga del agujero negro. En otras palabras, es posible que el agujero negro no sea tan negro como se imagina.
Hawking señaló que la fuente de material radiactivo en los agujeros negros son una especie de partículas reales. Estas partículas se producen en pares en el espacio y no obedecen a las leyes habituales de la física. Y después de que estas partículas choquen, algunas desaparecerán en el vasto espacio. En términos generales, es posible que ni siquiera tengamos la oportunidad de ver estas partículas hasta que desaparezcan.
Hawking también señaló que cuando se crean agujeros negros, las partículas reales aparecerán en pares. Una de las partículas reales será absorbida por el agujero negro y la otra escapará. Un montón de partículas reales que se escapen parecerán fotones. Para un observador, ver partículas reales que se escapan es como ver rayos de un agujero negro.
Entonces, citando a Hawking, "el agujero negro no es tan negro como se imagina". En realidad, emite una gran cantidad de fotones.
Según la ley de Einstein de conservación de la energía y la masa. Cuando un objeto pierde energía, también pierde masa. Los agujeros negros también obedecen a la ley de conservación de la energía y la masa. Cuando un agujero negro pierde energía, deja de existir. Hawking predijo que en el momento en que un agujero negro desaparezca, se producirá una violenta explosión, liberando energía equivalente a la energía de millones de bombas de hidrógeno.
Pero no mires hacia arriba esperando ver un espectáculo de fuegos artificiales. De hecho, después de que un agujero negro explota, la energía liberada es muy grande y puede ser perjudicial para el cuerpo. Además, el tiempo de liberación de energía también es muy largo, en algunos casos supera los 10 mil millones a 20 mil millones de años, lo que es más largo que la historia de nuestro universo, y se necesitarán billones de años para disipar completamente la energía.
Agujeros negros
Hablar de agujeros negros es hablar de agujeros negros sin comprender en general la naturaleza del campo gravitacional.
Si hablamos de agujeros negros según la definición de agujeros negros, entonces no hay agujeros negros en el universo.
Porque la materia del universo tiene las características esenciales de la materia.
Según las características esenciales de la materia del universo, es imposible que la luz emitida por una estrella sea absorbida nuevamente por la estrella.
Un agujero negro es una estrella con un tamaño extremadamente pequeño y una masa enorme. Bajo su fuerte gravedad, ni siquiera la luz puede escapar: la luz emitida desde la superficie de la estrella es expulsada antes de alcanzar la distancia. La propia gravedad de la estrella la atrae hacia atrás.
Un trozo de materia se llama agujero negro si su campo gravitacional es lo suficientemente fuerte como para doblar completamente el espacio-tiempo alrededor de sí mismo, de modo que nada, ni siquiera la luz, pueda escapar. No se comprime demasiada materia. Densidad extremadamente alta (como comprimir la Tierra al tamaño de un guisante), o una masa extremadamente grande de material de menor densidad (como millones de veces la masa del Sol distribuida en una bola con el diámetro del sistema solar, aproximadamente del tamaño del agua Densidad), esta situación puede ocurrir
La primera persona que propuso que puede haber un "agujero negro" con una gravedad tan fuerte que la luz no puede escapar fue John Mitchell, un miembro especial. de la Royal Society, quien en 1783 Esta opinión fue presentada a la Royal Society. Los cálculos de Mitchell se basaban en la teoría de la gravedad de Newton y la teoría de las partículas de la luz. La primera era la mejor teoría de la gravedad en ese momento. (ahora llamados fotones) como pequeñas balas de cañón Mitchell postuló que estas partículas de luz deberían verse afectadas por la gravedad como cualquier otro objeto. Dado que Ole Romer había determinado con precisión la velocidad de la luz hace más de 100 años, Mitchell pudo calcular una. ¿Qué tamaño debe tener un cuerpo celeste con densidad solar para que su velocidad de escape sea mayor que la velocidad de la luz?
Si tales cuerpos celestes existen, la luz no puede escapar de ellos, por lo que deberían ser negros. en la superficie del sol es sólo el 0,2 de la velocidad de la luz %, pero si imaginamos una serie de cuerpos celestes cada vez más grandes pero con la misma densidad que el sol, la velocidad de escape aumenta rápidamente. Un cuerpo con un diámetro 500 veces el diámetro del Sol (similar al tamaño del sistema solar) escapará si supera la velocidad de la luz.
Pierre Laplace llegó y publicó de forma independiente la misma conclusión en 1796. En un comentario particularmente profético, Mitchell señaló: Aunque tales objetos son invisibles, si otros objetos luminosos los orbitan, aún puede ser posible inferir la existencia del objeto central basándose en el movimiento de estos objetos en órbita. Mitchell cree que si existe un agujero negro en estrellas binarias, sería lo más fácil de descubrir. Pero esta idea de las estrellas negras se olvidó en el siglo XIX, hasta que los astrónomos se dieron cuenta de que los agujeros negros se pueden crear de otra manera. el estudio de Albert Einstein La teoría general de la relatividad volvió a surgir.
El astrónomo Karl Schwarzschild, que sirvió en el Frente Oriental durante la Primera Guerra Mundial, fue el primero en analizar las conclusiones de la teoría de Einstein 1. La relatividad general explica la gravedad como resultado de la curvatura del espacio-tiempo cercano a la materia. Schwarzschild calculó un modelo matemático riguroso de las propiedades geométricas del espacio-tiempo alrededor de un objeto esférico y envió sus cálculos a Einstein, quien los envió a principios de 1916. Presentados a la Academia de Ciencias de Prusia, estos cálculos demostraron que para "cualquier" masa existe un radio crítico, ahora llamado radio de Schwarzschild, que corresponde a una deformación extrema del espacio-tiempo tal que si la masa se comprime dentro del radio crítico. , el espacio se curvará alrededor del objeto y lo aislará del resto del universo. Se convierte efectivamente en un universo separado y nada (ni siquiera la luz) puede escapar de él.
Para el Sol The Schwarzschild. El radio es kilómetros. Para la Tierra, es igual a 0,88 centímetros. Esto no significa que el centro del Sol o de la Tierra tenga algo de tamaño adecuado que ahora se llama agujero negro (un término que fue utilizado por primera vez en este sentido por John Wheeler). en 1967 Existe. A esta distancia del centro del cuerpo celeste, no hay anomalías en el espacio-tiempo. Los cálculos de Schwarzschild muestran que si el Sol está comprimido en una esfera con un radio de 2,9 kilómetros, o si la Tierra está comprimido en ella. En el interior de una bola con un radio de sólo 0,88 centímetros, siempre estarán dentro de un agujero negro y aislados del universo exterior. La materia todavía puede caer en un agujero negro de este tipo, pero nada puede escapar.
Se consideran estas conclusiones. como puros tesoros matemáticos Durante décadas, nadie creyó que objetos sólidos reales pudieran colapsar hasta alcanzar las densidades extremas necesarias para formar un agujero negro. Las enanas blancas comenzaron a entenderse en la década de 1920, pero incluso las enanas blancas tienen aproximadamente la misma masa que el Sol pero aproximadamente el mismo tamaño que la Tierra, con un radio mucho mayor que 3 kilómetros. La gente tampoco se dio cuenta a tiempo de que si había una gran cantidad de materia de densidad general, se podría crear un agujero negro que era esencialmente igual a lo que Mitchell y Laplace habían imaginado. El radio de Schwarzschild correspondiente a cualquier masa M viene dado por la fórmula 2GM/c2, donde G es la constante gravitacional. c es la velocidad de la luz.
En la década de 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que incluso una estrella enana blanca es estable sólo si su masa es inferior a 1,4 veces la masa del Sol, y cualquier muerte. Si la estrella es más pesada que esto, morirá. colapsar aún más. Algunos investigadores han pensado en la posibilidad de que esto pueda conducir a la formación de estrellas de neutrones. El radio típico de una estrella de neutrones es sólo aproximadamente 1/700 del de una enana blanca, que tiene un tamaño de unos pocos kilómetros. Pero esta idea no fue ampliamente aceptada hasta el descubrimiento de los púlsares a mediados de la década de 1960, que demostró que las estrellas de neutrones existían.
Esto ha reavivado el interés en la teoría de los agujeros negros, porque las estrellas de neutrones están a punto de convertirse en agujeros negros. Aunque es difícil imaginar comprimir el sol a un radio inferior a 2,9 kilómetros, ahora se sabe que existen estrellas de neutrones con una masa igual a la del sol y un radio de menos de 10 kilómetros, desde estrellas de neutrones hasta estrellas negras. agujeros, está sólo a un paso.
Los estudios teóricos muestran que el comportamiento de un agujero negro está dictado por sólo tres de sus propiedades: su masa, su carga y su rotación (momento angular). Los agujeros negros sin carga y sin rotación se describen mediante la solución de Schwarzschild de las ecuaciones de Einstein; los agujeros negros con carga y sin rotación se describen mediante la solución de Reisner-Nordstrom; los agujeros negros sin carga y con rotación se describen mediante la descripción de la solución de Kerr; La solución de Kerr-Newman describe un agujero con carga eléctrica y rotación. Los agujeros negros no tienen otras propiedades, lo que se resume en el famoso dicho "los agujeros negros no tienen pelo". Un agujero negro realista probablemente debería girar y no tener carga, por lo que la solución de Kerr es la más interesante.
Ahora se cree que tanto los agujeros negros como las estrellas de neutrones se producen en la lucha a muerte de una estrella de masa E cuando explota como una supernova. Los cálculos muestran que cualquier remanente denso de supernova con una masa aproximadamente inferior a 3 veces la masa del Sol (límite de Oppenheimer-Folkov) puede formar una estrella de neutrones estable, pero cualquier remanente denso de nova que avance o retroceda con una masa mayor que este límite colapsará. En un agujero negro, su contenido será presionado hacia la singularidad en el centro del agujero negro, que es exactamente la inversión especular de la singularidad del Big Bang de la que nació el universo. Si un objeto así estuviera en órbita alrededor de una estrella ordinaria, despojaría de material a la estrella compañera, formando un disco de acreción de material caliente que se canalizaría hacia el agujero negro. La temperatura en el disco de acreción puede aumentar tanto que irradia rayos X, lo que hace que el agujero negro sea detectable.
A principios de los años 70, la predicción de Mitchell tuvo repercusiones: se descubrió un objeto así en un sistema estelar binario. Una fuente de rayos X llamada Cygnus X-1 fue identificada como la estrella HDE226868. La dinámica orbital de este sistema indica que los rayos X de la fuente provienen de un objeto más pequeño que la Tierra en órbita alrededor de una estrella visible, pero la masa de la fuente es mayor que el límite de Oppenheimer-Folkov. Esto sólo podría ser un agujero negro. Desde entonces, se han identificado otros agujeros negros utilizando el mismo método. En 1994, el sistema V404 Cygnus se convirtió en el mejor 'candidato' a agujero negro hasta el momento. Se trata de un sistema con una estrella con una masa del 70% de la masa del Sol orbitando una fuente de rayos X de unas 12 veces la masa del Sol. . Sin embargo, estas identificaciones reconocidas de agujeros negros probablemente sean solo la punta del iceberg.
Tales agujeros negros de 'masa estelar', como se dio cuenta Mitchell, sólo pueden detectarse si se encuentran en un sistema estelar binario. Un agujero negro aislado hace honor a su nombre: es oscuro e indetectable. Sin embargo, según la teoría de la astrofísica, muchas estrellas deberían terminar su vida como estrellas de neutrones o agujeros negros. De hecho, los observadores han detectado casi tantos candidatos a agujeros negros adecuados en sistemas binarios como binarios pulsantes, lo que significa que el número de agujeros negros aislados de masa estelar debería ser el mismo que el número de púlsares aislados, una conjetura respaldada por cálculos teóricos. . apoyo. Actualmente se conocen alrededor de 500 púlsares activos en nuestra galaxia. Pero la teoría muestra que el período activo de un púlsar como fuente de radio es muy corto y rápidamente decae hasta un estado de silencio indetectable. Por lo tanto, debería haber más púlsares (estrellas de neutrones silenciosas) “muertos” a nuestro alrededor. Nuestra Vía Láctea contiene 100 mil millones de estrellas brillantes y existe desde hace miles de millones de años. Las mejores estimaciones son que nuestra galaxia contiene hoy 400 millones de púlsares muertos, e incluso estimaciones conservadoras del número de agujeros negros de masa estelar se sitúan en el rango bajo de 100 millones. Si realmente hay tantos agujeros negros y los agujeros negros están dispersos aleatoriamente en la Vía Láctea, el agujero negro más cercano está a sólo 15 años luz de nosotros. Dado que nuestra galaxia no tiene nada de único, todas las demás galaxias del universo deberían contener la misma cantidad de agujeros negros.
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Las galaxias también pueden contener objetos muy parecidos a las "estrellas negras" originalmente imaginadas por Laplace de Mitchell. Se cree que estos objetos, ahora llamados "agujeros negros supermasivos", existen en los centros de galaxias y quásares activos, y la energía gravitacional que proporcionan puede explicar la enorme fuente de energía de estos objetos. Un agujero negro del tamaño del sistema solar y millones de veces la masa del sol puede comerse el material de una o dos estrellas de su entorno cada año. En este proceso, una gran parte de la masa de la estrella se convertirá en energía según la división del trabajo de Einstein E=mc2.
Los agujeros negros supermasivos silenciosos pueden existir en todas las masas estelares, incluida nuestra propia galaxia. Si su campo gravitacional es lo suficientemente fuerte como para doblar completamente el espacio-tiempo alrededor de sí mismo, de modo que nada, ni siquiera la luz, pueda escapar, se llama agujero negro. No demasiado material comprimido a densidades extremadamente altas (como la Tierra comprimida al tamaño de un guisante), o una masa extremadamente grande de material de menor densidad (como varios millones de veces la masa del Sol distribuida en un diámetro del ). tamaño del sistema solar Esta situación puede ocurrir en la misma bola (aproximadamente la densidad del agua).
La primera persona que propuso que puede haber un 'agujero negro' con una gravedad tan fuerte que la luz no puede. De escape fue John, un miembro especial de la Royal Society. · Mitchell, quien expresó esta opinión a la Royal Society en 1783. Los cálculos de Mitchell se basaron en la teoría de la gravedad de Newton y la teoría de las partículas de la luz. La primera era la mejor teoría de la gravedad hasta el momento. Este último concibió la luz como una corriente de partículas diminutas (ahora llamadas fotones) provenientes de pequeñas balas de cañón. Mitchell postuló que estas partículas de luz deberían verse afectadas por la gravedad como cualquier otro objeto, ya que Ole Romer había determinado esto con precisión hace más de 100 años. velocidad de la luz Así que Mitchell pudo calcular qué tan grande tendría que ser un objeto con la densidad del Sol para tener una velocidad de escape mayor que la velocidad de la luz.
Si tales objetos existieran, la luz podría. No escapar de ellos, por lo que deberían ser negros. La velocidad de escape en la superficie del sol es sólo el 0,2% de la velocidad de la luz, pero si imaginas una serie de objetos cada vez más grandes con la misma densidad que el sol, la velocidad de escape. aumenta rápidamente. Mitchell señaló que un objeto de este tipo con un diámetro 500 veces el diámetro del sol (similar en tamaño al sistema solar), su velocidad de escape debería exceder la velocidad de la luz
Pierre Laplace. Llegó y publicó la misma conclusión en 1796. Mitchell en Un comentario particularmente profético señaló que aunque tales objetos serían invisibles, "si otros objetos luminosos los orbitaran, aún sería posible inferir la existencia del objeto central a partir de el movimiento de estos objetos en órbita.' En otras palabras, Mitchell creía que los agujeros negros serían más fáciles de descubrir si existieran en estrellas binarias. Pero esta idea de los agujeros negros fue olvidada en el siglo XIX, hasta que los astrónomos se dieron cuenta de que los agujeros negros. se puede crear a través de otra vía. Se volvió a plantear al estudiar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.
El astrónomo Karl Schwarzschild, que sirvió en el frente oriental durante la Primera Guerra Mundial, fue el primero en estudiarla. Teoría de la relatividad general. Una de las personas que analizó las conclusiones de la teoría de la relatividad general de Einstein explica la gravedad como resultado de la curvatura del espacio-tiempo cerca de la materia. Schwarzschild calculó un modelo matemático riguroso de las propiedades geométricas del espacio-tiempo alrededor de una. objeto esférico y envió sus cálculos a Einstein Stein, quien los presentó a la Academia de Ciencias de Prusia a principios de 1916. Estos cálculos demostraron que para "cualquier" masa existe un radio crítico, ahora llamado radio de Schwarzschild, que corresponde a un extremo. deformación del espacio-tiempo de tal manera que si la masa se comprime dentro de un radio crítico, el espacio se curvará alrededor del objeto y lo aislará del resto del universo. Efectivamente se convierte en un universo separado y nada (ni siquiera la luz). puede escapar de él.
Para el Sol el radio de Schwarzschild es de kilómetros. Para la Tierra es igual a 0,88 centímetros. Esto no significa que el centro del Sol o de la Tierra tenga un agujero negro del tamaño adecuado que ahora se conoce. como un agujero negro (término acuñado por primera vez en 1967 por John Lo que Wheeler usó en este sentido existe. A esta distancia del centro del cuerpo celeste, no hay anomalías en el espacio-tiempo. Lo que muestran los cálculos de Schwarzschild es que si el sol se comprime en una esfera con un radio de 2,9 kilómetros, o, si la Tierra se comprime en una bola con un radio de sólo 0,88 centímetros, siempre estarán en un agujero negro y aislada del universo exterior. La materia aún puede caer. en un agujero negro de este tipo, pero nada puede escapar.
Estos resultados se consideraron un tesoro puramente matemático durante décadas porque nadie pensó que los objetos físicos reales pudieran colapsar hasta las densidades extremas necesarias para formar un agujero negro. . Las enanas blancas comenzaron a entenderse en la década de 1920, pero incluso las enanas blancas han