Los agujeros negros

Una estrella es una masa de gas enorme, en equilibrio radiativo.

On the left, an optical image from the Digitized Sky Survey shows Cygnus X-1, outlined in a red box. Cygnus X-1 is located near large active regions of star formation in the Milky Way, as seen in this image that spans some 700 light years across. An artist's illustration on the right depicts what astronomers think is happening within the Cygnus X-1 system. Cygnus X-1 is a so-called stellar-mass black hole, a class of black holes that comes from the collapse of a massive star. New studies with data from Chandra and several other telescopes have determined the black hole's spin, mass, and distance with unprecedented accuracy.
Diagrama de un agujero negro en las cercanías de una estrella azul (a la derecha). El agujero negro (invisible) absorbe material de la estrella que cae en espiral hacia el. Se forma un disco de acreción (rojo/amarillo) que emite enormes cantidades de rayos X. Parte del material escapa hacia arriba y abajo, en forma de chorros de radiación (jets).

Ese equilibrio puede romperse cuando se acaba el combustible nuclear. Allí solo queda la gravedad como fuerza preponderante, y la estrella se contrae.

Puedes ver un articulo mas simple en este enlace.

Cuando el núcleo de la estrella supera las dos masas solares, nada puede detener el colapso gravitacional. Los primeros modelos de un agujero negro (aunque eran diferentes a la concepción moderna), son del siglo XVIII, donde sugerían que podría haber objetos tan grandes en el espacio, que su gravedad no dejaría escapar la luz.


El concepto un poco más moderno de agujero negro lo desarrolló el astrónomo alemán Karl Schwarzschild en 1916 sobre la base de la teoría de la relatividad de Albert Einstein. Es una sofisticación de las ideas de 1700, donde se calculaba en base a la ecuación de velocidad de escape de un astro, donde ésta sería de 300 mil kilómetros por segundo. Esto le dió el primer modelo de AN, que se denomina “no rotacional”, porque no tiene en cuenta los fenómenos de rotación ni de campos de fuerza.

agujero negro

Recien Oppenheimer en 1939, presento un paper con la idea mas moderna, donde explicaba que era posible la formación natural de un AN, por una estrella masiva que al acabarse su combustible nuclear, la gravedad ganaría la pulseada y se comprimiría infinitamente.


Posteriormente Kerr, en la década del ´60, hizo algunos modelos mejorados de AN rotacionales, más parecidos a los objetos reales.

Stephen Hawking hizo algunos modelos aún mejores, donde se pudo calcular que a pesar de ser tan extraños, los AN tendrían una temperatura asociada (temperatura de Hawking). Igualmente son muy fríos, del orden del milésimo de grado kelvin, y con la característica extraña de que cuando más masivo es el AN, más frío se encuentra.

Desde el punto de vista de la Relatividad general, son lugares donde se curva tanto el espacio que se rompe la estructura del espacio-tiempo.

El video muestra como comprimiendo se puede obtener un AN, y los distintos tamaños y masas.

Los AN tienen una estructura particular. En el núcleo, jamás visible desde afuera, esta la “singularidad”, que es el objeto colapsado. Mas allá hay una zona de influencia, que no es un objeto físico, sino un limite, llamada “horizonte de sucesos”, dividido en dos partes (externo e interno). Este horizonte marca el dominio del AN. Si estás por fuera del límite, hay posibilidades de escapar de su influencia. Si estas apenas dentro del límite, ya no hay manera de escapar. Además, una vez dentro, deja de ser visible el resto del Universo, y sólo se ve el interior del AN.

Por una cuestion de conservacion del momento angular, la velocidad de rotacion de estos objetos es enorme.

¿Como detectarlos?

Como detectar un objeto cuya característica fundamental es no emitir radiación?. La única forma es por la influencia que ejerce sobre los astros cercanos a el.

Inicialmente, se empezaron a encontrar estrellas dobles, una de cuyas componentes parecía girar alrededor de algo invisible, de una gran masa.

En la imagen inicial, se ve como “roba” material de una estrella azul cercana. El anillo de acreción es claramente detectable.

Posteriormente se ha encontrado que todas las galaxias hay un agujero negro super masivo (de varias millones de masas solares. La Vía Láctea tiene uno de 4 millones de masas solares).

Se han visto estrellas cercanas a el, que viajan a varios miles de kilometros por segundo para no caer sobre el.

Jets

Los jets son haces de materia ionizada acelerada cerca de la velocidad de la luz. La mayoría se ha asociado observacionalmente con los agujeros negros centrales de algunas galaxias activas, radio galaxias o cuásares, y también por agujeros negros estelares, estrellas de neutrones (pulsares).
Las longitudes de haz pueden extenderse entre varios miles, cientos de miles o millones de parsecs.

Un jet real, del nucleo de la galaxia M87 fotografiado por el telescopio espacial Hubble.
Un jet real, del nucleo de la galaxia M87 fotografiado por el telescopio espacial Hubble.

Las velocidades del chorro al acercarse a la velocidad de la luz muestran efectos significativos de la teoría de la relatividad especial ; Por ejemplo, cambia el brillo aparente del haz.