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Agujero negro Saltar a: navegación,  búsqueda Para otros usos de este término, véase Agujero negro (desambiguación). 

Visión de un artista de un agujero negro con disco de acreción.

Un agujero negro1 u hoyo negro2 es una región finita del espacio en cuyo interior existeuna concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Sin embargo,los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación, lo cual fue conjeturado por 

Stephen Hawking en los años 1970. La radiación emitida por agujeros negros como CygnusX-1 no procede sin embargo del propio agujero negro sino de su disco de acreción .3 

La gravedad de un agujero negro, o «curvatura del espacio-tiempo», provoca unasingularidad envuelta por una superficie cerrada, llamada horizonte de sucesos. Esto es previsto por las ecuaciones de campo de Einstein. El horizonte de sucesos separa la regióndel agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de lacual ninguna partícula puede salir, incluyendo los fotones. 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, Ellis y Penrose demostraron varios teoremas importantessobre la ocurrencia y geometría de los agujeros negros.4 Previamente, en 1963, Roy Kerr  

había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujerosnegros debían tener una geometría cuasi-esférica determinada por tres parámetros: su masa M , su carga eléctrica total e y su momento angular   L.

Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hayagujeros negros supermasivos.5 La existencia de agujeros negros está apoyada enobservaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X  por  estrellas binarias y galaxias activas. 

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Índice

  1 Proceso de formación   2 Historia del agujero negro   3 Clasificación teórica 

o  3.1 Según la masa o  3.2 Según sus propiedades físicas 

  4 Descripción teórica o  4.1 Zonas observables o  4.2 La entropía en los agujeros negros o  4.3 Definición de agujero negro o  4.4 ¿Imposibilidad teórica de los agujeros negros? 

  5 Los agujeros negros en la física actual o  5.1 Descubrimientos recientes 

  5.1.1 El mayor    5.1.2 El menor    5.1.3 Chorros de plasma 

o  5.2 Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros o  5.3 Radiación de Hawking 

  6 Nota lingüística   7 Véase también   8 Referencias 

o  8.1 Bibliografía o  8.2 Enlaces externos 

Proceso de formaciónLos agujeros negros proceden de un proceso de colapso gravitatorio que fue ampliamenteestudiado a mediados de siglo XX por diversos científicos, particularmente RobertOppenheimer , Roger Penrose y Stephen Hawking entre otros. Hawking, en su librodivulgativo  Historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros (1988), repasa algunosde los hechos bien establecidos sobre la formación de agujeros negros.

Dicho proceso comienza posteriormente a la muerte de una gigante roja (estrella de granmasa), llámese muerte a la extinción total de su energía. Tras varios miles de millones deaños de vida, la fuerza gravitatoria de dicha estrella comienza a ejercer fuerza sobre sí

misma originando una masa concentrada en un pequeño volumen, convirtiéndose en unaenana 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 unagujero negro. Este proceso acaba por reunir una fuerza de atracción tan fuerte que atrapahasta la luz en éste.

En palabras más simples, un agujero negro es el resultado final de la acción de la gravedadextrema llevada hasta el límite posible. La misma gravedad que mantiene a la estrella

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estable, la empieza a comprimir hasta el punto que los átomos comienzan a aplastarse. Loselectrones en órbita se acercan cada vez más al núcleo atómico y acaban fusionándose conlos protones, formando más neutrones mediante el proceso:

Por lo que este proceso comportaría la emisión de un número elevado de neutrinos. Elresultado final, una estrella de neutrones. En este punto, dependiendo de la masa de laestrella, el plasma de neutrones dispara una reacción en cadena irreversible, la gravedadaumenta enormemente al disminuirse la distancia que había originalmente entre los átomos.Las partículas de neutrones implotan, aplastándose más, logrando como resultado unagujero negro, que es una región del espacio-tiempo limitada por el llamado horizonte desucesos. Los detalles de qué sucede con la materia que cae más allá de este horizonte dentrode un agujero negro no se conocen porque para escalas pequeñas sólo una teoría cuánticade la gravedad  podría explicarlos adecuadamente, pero no existe una formulacióncompletamente consistente con dicha teoría.

Historia del agujero negro

Imagen simulada de como se vería un agujero negro con una masa de diez soles, a unadistancia de 600 kilómetros, con la vía láctea al fondo (ángulo horizontal de la abertura dela cámara fotográfica: 90°).

El concepto de un cuerpo tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de él, fue descritoen un artículo enviado en 1783 a la  Royal Society  por un geólogo inglés llamado JohnMichell. Por aquel entonces la teoría de Newton de gravitación y el concepto de velocidadde 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 laluz y sería invisible. En 1796, el matemático francés Pierre-Simon Laplace explicó en lasdos 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 descartadaen ediciones posteriores.

En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz era influida por lainteracción gravitatoria. Unos meses después, Karl Schwarzschild encontró una solución a

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las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado absorbería la luz. Se sabe ahora que elradio de Schwarzschild es el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que nogira, pero esto no era bien entendido en aquel entonces. El propio Schwarzschild pensó queno 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 nohabía nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la fuerza de atraccióngravitatoria sería mayor que la proporcionada por el  principio de exclusión de Pauli). Sinembargo, Eddington se opuso a la idea de que la estrella alcanzaría un tamaño nulo, lo queimplicaría una singularidad desnuda de materia, y que debería haber algo queinevitablemente pusiera freno al colapso, línea adoptada por la mayoría de los científicos.

En 1939, Robert Oppenheimer   predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapsogravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza. Estateoría no fue objeto de mucha atención hasta los años 60  porque, después de la SegundaGuerra Mundial, se tenía más interés en lo que sucedía a escala atómica.

En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose  probaron que los agujeros negros sonsoluciones 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 fuerzacon los avances científicos y experimentales que llevaron al descubrimiento de los  púlsares. Poco después, en 1969, John Wheeler 6 acuñó el término "agujero negro" durante unareunión de cosmólogos en Nueva York, para designar lo que anteriormente se llamó"estrella en colapso gravitatorio completo".

Clasificación teórica

Según su origen, teóricamente pueden existir al menos tres clases de agujeros negros:

Según la masa

  Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Sehallarían en el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que daorigen a los componentes esféricos de las galaxias.

  Agujeros negros de masa estelar. Se forman cuando una estrella de masa 2,5veces mayor que la del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo seconcentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más. Este esel tipo de agujeros negros postulados por primera vez dentro de la  teoría de la

relatividad general.   Micro agujeros negros. Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los

estelares. Si son suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período relativamente corto mediante emisión de radiación de Hawking. Este tipode entidades físicas es postulado en algunos enfoques de la gravedad cuántica, perono pueden ser generados por un proceso convencional de colapso gravitatorio, elcual requiere masas superiores a la del Sol.

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Según sus propiedades físicas

Para un agujero negro descrito por las ecuaciones de Albert Einstein, existe un teoremadenominado de sin pelos (en inglés No-hair theorem), que afirma que cualquier objeto quesufra un colapso gravitatorio alcanza un estado estacionario como agujero negro descrito

sólo por 3 parámetros: su masa , su carga y su momento angular   . Así tenemos lasiguiente clasificación para el estado final de un agujero negro:

  El agujero negro más sencillo posible es el agujero negro de Schwarzschild, que norota ni tiene carga.

  Si no gira pero posee carga eléctrica, se tiene el llamado agujero negro de Reissner- Nordstrøm. 

  Un agujero negro en rotación y sin carga es un agujero negro de Kerr .   Si además posee carga, hablamos de un agujero negro de Kerr-Newman. 

Descripción teórica

Zonas observables

Representación artística de un agujero negro con una estrella del compañero de cerca que semueve en órbita alrededor que excede su límite de Roche. La materia en que cae forma undisco de acrecimiento, con algo de la materia que es expulsada en chorros polares colimados altamente energéticos.

En las cercanías de un agujero negro se suele formar un disco de acrecimiento, compuestode materia con momento angular , carga eléctrica y masa, la que es afectada por la enormeatracción gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente atraviese el horizonte

de sucesos y, por lo tanto, incremente el tamaño del agujero.

Véase también: Acreción. 

En cuanto a la luz que atraviesa la zona del disco, también es afectada, tal como está previsto por la Teoría de la Relatividad. El efecto es visible desde la Tierra  por ladesviación momentánea que produce en posiciones estelares conocidas, cuando los hacesde luz procedentes de las mismas transitan dicha zona.

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Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; sólo se puede imaginar, suponer y observar sus efectos sobre la materia y la energía en las zonasexternas y cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera. 

Uno de los efectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro es su

aparente capacidad para disminuir la entropía del Universo, lo que violaría los fundamentosde la termodinámica, ya que toda materia y energía electromagnética que atraviese dichohorizonte de sucesos, tienen asociados un nivel de entropía. Stephen Hawking  propone enuno de sus libros que la única forma de que no aumente la entropía sería que la informaciónde todo lo que atraviese el horizonte de sucesos siga existiendo de alguna forma.

Otra de las implicaciones de un agujero negro supermasivo sería la probabilidad que fuesecapaz de generar su colapso completo, convirtiéndose en una singularidad desnuda demateria.

La entropía en los agujeros negros

La fórmula de Bekenstein-Hawking para la entropía de un agujero negro.

Según Stephen Hawking, en los agujeros negros se viola el segundo principio de latermodinámica, lo que dio pie a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo y agujeros

de gusano. El tema está siendo motivo de revisión; actualmente Hawking se ha retractadode su teoría inicial y ha admitido que la entropía de la materia se conserva en el interior deun agujero negro (véase enlace externo). Según Hawking, a pesar de la imposibilidad físicade escape de un agujero negro, estos pueden terminar evaporándose por la llamadaradiación de Hawking, una fuente de rayos X que escapa del horizonte de sucesos.

El legado que entrega Hawking en esta materia es de aquellos que, con poca frecuencia enfísica, son calificados de bellos. Entrega los elementos matemáticos para comprender quelos agujeros negros tienen una entropía gravitacional intrínseca. Ello implica que lagravedad introduce un nivel adicional de impredictibilidad por sobre la incertidumbrecuántica. Parece, en función de la actual capacidad teórica, de observación y experimental,

como si la naturaleza asumiera decisiones al azar o, en su efecto, alejadas de leyes precisasmás generales.

La hipótesis de que los agujeros negros contienen una entropía y que, además, ésta es finita,requiere para ser consecuente que tales agujeros emitan radiaciones térmicas, lo que al principio parece increíble. La explicación es que la radiación emitida escapa del agujeronegro, de una región de la que el observador exterior no conoce más que su masa, sumomento angular y su carga eléctrica. Eso significa que son igualmente probables todas las

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combinaciones o configuraciones de radiaciones de partículas que tengan energía, momentoangular y carga eléctrica iguales. Son muchas las posibilidades de entes, si se quiere hastade los más exóticos, que pueden ser emitidos por un agujero negro, pero ello corresponde aun número reducido de configuraciones. El número mayor de configuraciones correspondecon mucho a una emisión con un espectro que es casi térmico.

Físicos como Jacob D. Bekenstein han relacionado a los agujeros negros y su entropía conla teoría de la información. El trabajos de Bekenstein sobre teoría de la información yagujeros negros sugirieron que la segunda ley seguiría siendo válida si se introducía unaentropía generalizada (S  gen) que sumara a la entropía convencional (S conv), la entropíaatribuible a los agujeros negros que depende del área total ( A) de agujeros negros en eluniverso. Concretamente esta entropía generalizada debe definirse como:

Donde, k es la constante de Boltzmann, c es la velocidad de la luz, G es la constante degravitación universal y es la constante de Planck  racionalizada, y A el área del horizontede sucesos.

Definición de agujero negro

A pesar de que existen explicaciones intuitivas del comportamiento de un agujero negro, encosmología teórica no existe una definición simple de qué constituye un agujero negro, ytodos los teóricos trabajan con definiciones topológicas sofisticadas de qué constituye unagujero negro. De hecho en un espacio-tiempo compacto no hay una manera adecuada y

general de definir qué condiciones debe cumplir una región para ser considerada un agujeronegro. En espacio-tiempos no compactos se requieren algunas condiciones técnicas paradecidir si una región es un agujero negro, así se dice que en un espacio-tiempoasintóticamente plano y predictible (que contiene una hipersuperficie de Cauchy quesatisface ciertos requisitos), se dice que hay una región de agujero negro si el   pasado causal de la hipersuperficie de tipo luz situada en el infinito futuro no contiene a todo el espacio-tiempo (eso significa que dicha hipersuperficie es inalcanzable desde algunos puntos delespacio tiempo, precisamente aquellos contenidos en el área de agujero negro). La frontera del pasado causal de la hipersuperficie de tipo luz futura es el horizonte de eventos.

¿Imposibilidad teórica de los agujeros negros?

Existe resultados matemáticos sólidos bajo los cuales una teoría métrica de la gravitación(como la relatividad general) predice la formación de agujeros negros. Estos resultados seconocen como teoremas de singularidades que predicen la ocurrencia de singularidadesespaciotemporales (y si se acepta la hipótesis de censura cósmica, por tanto a la formaciónde agujeros negros). Las ecuaciones de campo de Einstein  para la relatividad generaladmiten situaciones para las cuales se cumplen las condiciones de ocurrencia desingularidades y por tanto, los teoremas de singularidad muestran que los agujeros negros

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son posibles dentro de la relatividad general. Sin embargo, algunas teorías métricasalternativas como la teoría relativista de la gravitación, muy similar a la relatividad generalen casi todos los aspectos y que también explica los hechos observados en el sistema solar yla expansión del universo, usa ecuaciones de campo ligeramente diferentes donde siemprese cumple que en ausencia local de materia y en virtud de las condiciones de causalidad de

la teoría, para cualquier campo vectorial isótropo (vectores tipo luz) definido sobre elespacio-tiempo se cumple la desigualdad:

Esta condición implica que no se cumplirán las condiciones de los teoremas mencionadosanteriormente y, por tanto, éstos no pueden ser aplicados para predecir la existencia desingularidades y por tanto agujeros negros.7 8 

Dado que los datos experimentales no permiten discernir cual de las dos teorías (la derelatividad general de Einstein o la relativista de la gravitación de Logunov) es la correcta,

 pues ambas coinciden para la mayoría de los hechos observacionales bien comprobados, no pude darse por garantizado que los agujeros negros sean una consecuencia necesaria de lagravitación.

Los agujeros negros en la física actual

Se explican los fenómenos físicos mediante dos teorías en cierto modo contrapuestas y basadas en principios incompatibles: la mecánica cuántica, que explica la naturaleza de «lomuy pequeño», donde predomina el caos y la estadística y admite casos de evolucióntemporal no-determinista, y la relatividad general, que explica la naturaleza de «lo muy pesado» y que afirma que en todo momento se puede saber con exactitud dónde está un

cuerpo, siendo esta teoría totalmente determinista. Ambas teorías están experimentalmenteconfirmadas pero, al intentar explicar la naturaleza de un agujero negro, es necesariodiscernir si se aplica la cuántica por ser algo muy pequeño o la relatividad por ser algo tan pesado. Está claro que hasta que no se disponga de una física más avanzada no seconseguirá explicar realmente la naturaleza de este fenómeno.

Descubrimientos recientes

En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA dirigido por  Andrea Ghez demostrómediante simulación por ordenadores la posibilidad de la existencia de agujeros negrossupermasivos en el núcleo de las galaxias. Tras estos cálculos mediante el sistema de óptica

adaptativa se verificó que algo deformaba los rayos de luz emitidos desde el centro denuestra galaxia (la Vía Láctea). Tal deformación se debe a un invisible agujero negrosupermasivo que ha sido denominado Sgr.A (o Sagittarius A). En 2007-2008 se iniciaronuna serie de experimentos de interferometría a partir de medidas de radiotelescopios  paramedir el tamaño del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, al que se lecalcula una masa 4'5 millones de veces mayor que la del Sol y una distancia de 26.000 añosluz (unos 255.000 billones de km respecto de la Tierra).9 El agujero negro supermasivo delcentro de nuestra galaxia actualmente sería poco activo ya que ha consumido gran parte de

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la materia  bariónica, que se encuentra en la zona de su inmediato campo gravitatorio yemite grandes cantidades de radiación.

Por su parte, la astrofísica Feryal Özel ha explicado algunas características probables entorno a un agujero negro: cualquier cosa, incluido el espacio vacío, que entre en la fuerza de

marea  provocada por un agujero negro se aceleraría a extremada velocidad como en unvórtice y todo el tiempo dentro del área de atracción de un agujero negro se dirigiría haciael mismo agujero negro.

En el presente se considera que, pese a la perspectiva destructiva que se tiene de losagujeros negros, éstos al condensar en torno a sí materia sirven en parte a la constitución delas galaxias y a la formación de nuevas estrellas.

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 observaciónindicó una rápida creación de agujeros negros súper masivos en el Universo joven.

La formación de micro agujeros negros en los aceleradores de partículas ha sidoinformada,10  pero no confirmada. Por ahora, no hay candidatos observados para ser agujeros negros primordiales. 

El mayor

Dejando a un lado los agujeros negros supermasivos que suelen estar en el núcleo de lasgalaxias y cuya masa son de millones de veces nuestro Sol, el mayor  agujero negro de masaestelar  conocido hasta la fecha, se descubrió el año 2007 y fue denominado IC 10 X-1. Estáen la galaxia enana IC 10 situada en la constelación de Casiopea, a una distancia de 1,8millones de años luz (17  billones de kilómetros) de la Tierra, con una masa de entre 24 y 33veces la de nuestro Sol.11 

Posteriormente, en abril de 2008, la revista  Nature  publicó un estudio realizado en laUniversidad de Turku (Finlandia). Según dicho estudio, un equipo de científicos dirigido por  Mauri Valtonen descubrió un sistema binario, un  blazar , llamado OJ 287, en laconstelación de Cáncer . Tal sistema parece estar constituido por un agujero negro menor que orbita en torno a otro mayor, siendo la masa del mayor de 18.000 millones de veces lade nuestro Sol, lo que lo convierte en el mayor agujero negro conocido. Se supone que encada intervalo de rotación el agujero negro menor, que tiene una masa de 100 millones desoles, golpea la ergosfera del mayor dos veces, generándose un cuásar . Situado a 3500millones de años luz de la Tierra,12 está relativamente cerca de la Tierra para ser un cuásar . 

El menor

Sin contar los posibles microagujeros negros que casi siempre son efímeros al producirse aescalas subatómicas; macroscópicamente en abril de 2008 el equipo coordinado por   NikolaiSaposhnikov y Lev Titarchuk  ha identificado el más pequeño de los agujeros negrosconocidos hasta la fecha; ha sido denominado J 1650, se ubica en la constelación Ara (o

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Altar ) de la Vía Láctea (la misma galaxia de la cual forma parte la Tierra). J 1650 tiene unamasa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 km de diámetro se habría formado por el colapsode una estrella; tales dimensiones estaban previstas por las ecuaciones de Einstein. Seconsidera que son prácticamente las dimensiones mínimas que puede tener un agujeronegro 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 másagujeros 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  donde explica que chorros de  plasma colimados  parten decampos magnéticos ubicados cerca del borde de los agujeros negros. En zonas puntuales detales campos magnéticos los chorros de plasma son orientados y acelerados a velocidadescercanas a c (velocidad de la luz), tal proceso es comparable a la aceleración de partículas para crear una corriente de chorro ( jet ) en un reactor. Cuando los chorros de plasmaoriginados por un agujero negro son observables desde la Tierra tal tipo de agujero negroentra en la categoría de  blazar . 

Que un agujero negro "emita" radiaciones parece una contradicción, sin embargo esto seexplica: todo objeto (supóngase una estrella) que es atrapado por la gravitación de unagujero negro, antes de ser completamente "engullido", antes de pasar tras el horizonte desucesos, se encuentra tan fuertemente presionado por las fuerzas de marea del agujeronegro en la zona de la ergosfera que una pequeña parte de su materia sale disparada avelocidades próximas a la de la luz (como cuando se aprieta fuertemente una naranja: partedel material de la naranja sale eyectado en forma de chorros de jugo, en el caso de losobjetos atrapados por un agujero negro, parte de su masa sale disparada centrífugamente enforma de radiación fuera del campo gravitatorio de la singularidad).

Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros

 Nuevas estrellas podrían formarse a partir de los discos elípticos en torno a agujeros negros;tales discos elípticos se producen por antiguas nubes de gas desintegradas previamente por los mismos agujeros negros; las estrellas producidas por condensación o acreción de talesdiscos elípticos al parecer tienen órbitas muy elípticas en torno a los agujeros negrossupermasivos.

Radiación de Hawking

Artículo principal:  Radiación de Hawking . 

Hasta principios de 1970 se pensaba que los agujeros negros no emitían directamenteningún tipo de materia, y su destino último era seguir creciendo por la acreción de más ymás materia. Sin embargo, una consideración de los efectos cuánticos en el  horizonte desucesos de un agujero llevó a Hawking a descubrir un proceso físico por el cual el agujero podría emitir radiación. De acuerdo con el  principio de incertidumbre de la mecánica

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cuántica existe la posibilidad de que en el horizonte se formen pares de partícula-antipartícula de corta duración, dado que la probabilidad de que uno de los elementos del par caiga dentro del agujero de manera irreversible y el otro miembro del par escape, el principio de conservación requiere que el agujero disminuya su masa para compensar laenergía que se lleva el par que escapa de los aledaños del horizonte de sucesos. Nótese que

en este proceso el par se forma estrictamente en el exterior del agujero negro, por lo que nocontradice el hecho de que ninguna partícula material puede abandonar el interior. Sinembargo, sí existe un efecto neto de transferencia de energía del agujero negro a susaledaños, que es la radiación Hawking, cuya producción no viola ningún principio físico.

Nota lingüística

En países como España o Argentina, donde se diferencia entre un hoyo (concavidad)13 y unagujero (abertura)1 debe usarse el término “agujero negro”. En los países como México oChile donde hoyo y agujero son sinónimos,14 también son sinónimos “hoyo negro” y

“agujero negro”.15 

¿Qué es un agujero negro? 

Para entender lo que es un agujero negro empecemos por una estrella como el

Sol. El Sol tiene un diámetro de 1.390.000 kilómetros y una masa 330.000 vecessuperior a la de la Tierra. Teniendo en cuenta esa masa y la distancia de la

superficie al centro se demuestra que cualquier objeto colocado sobre la superficie

del Sol estaría sometido a una atracción gravitatoria 28 veces superior a la

gravedad terrestre en la superficie.

Una estrella corriente conserva su tamaño normal gracias al equilibrio entre una

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altísima temperatura central, que tiende a expandir la sustancia estelar, y la

gigantesca atracción gravitatoria, que tiende a contraerla y estrujarla.

Si en un momento dado la temperatura interna desciende, la gravitación se hará

dueña de la situación. La estrella comienza a contraerse y a lo largo de ese

proceso la estructura atómica del interior se desintegra. En lugar de átomos habrá

ahora electrones, protones y neutrones sueltos. La estrella sigue contrayéndose

hasta el momento en que la repulsión mutua de los electrones contrarresta

cualquier contracción ulterior.

La estrella es ahora una «enana blanca». Si una estrella como el Sol sufriera este

colapso que conduce al estado de enana blanca, toda su masa quedaría reducida

a una esfera de unos 16.000 kilómetros de diámetro, y su gravedad superficial

(con la misma masa pero a una distancia mucho menor del centro) sería 210.000

veces superior a la de la Tierra.

En determinadas condiciones la atracción gravitatoria se hace demasiado fuerte

para ser contrarrestada por la repulsión electrónica. La estrella se contrae de

nuevo, obligando a los electrones y protones a combinarse para formar neutrones

y forzando también a estos últimos a apelotonarse en estrecho contacto. La

estructura neutrónica contrarresta entonces cualquier ulterior contracción y lo que

tenemos es una «estrella de neutrones», que podría albergar toda la masa de

nuestro sol en una esfera de sólo 16 kilómetros de diámetro. La gravedad

superficial sería 210.000.000.000 veces superior a la que tenemos en la Tierra.

En ciertas condiciones, la gravitación puede superar incluso la resistencia de la

estructura neutrónica. En ese caso ya no hay nada que pueda oponerse al

colapso. La estrella puede contraerse hasta un volumen cero y la gravedad

superficial aumentar hacia el infinito.

Según la teoría de la relatividad, la luz emitida por una estrella pierde algo de su

energía al avanzar contra el campo gravitatorio de la estrella. Cuanto más intenso

es el campo, tanto mayor es la pérdida de energía, lo cual ha sido comprobado

experimentalmente en el espacio y en el laboratorio.

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La luz emitida por una estrella ordinaria como el Sol pierde muy poca energía. La

emitida por una enana blanca, algo más; y la emitida por una estrella de neutrones

aún más. A lo largo del proceso de colapso de la estrella de neutrones llega un

momento en que la luz que emana de la superficie pierde toda su energía y no

puede escapar.

Un objeto sometido a una compresión mayor que la de las estrellas de neutrones

tendría un campo gravitatorio tan intenso, que cualquier cosa que se aproximara a

él quedaría atrapada y no podría volver a salir. Es como si el objeto atrapado

hubiera caído en un agujero infinitamente hondo y no cesase nunca de caer. Y

como ni siquiera la luz puede escapar, el objeto comprimido será negro.

Literalmente, un «agujero negro».

Hoy día los astrónomos están encontrando pruebas de la existencia de agujeros

negros en distintos lugares del universo.

miércoles, 15 de agosto de 2007

Agujeros Negros 

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 LOS AGUJEROS NEGROS

Un agujero negro es un cuerpo celeste de extrema densidad y gran atracción

gravitatoria, que ni refleja ni emite radiación alguna. Podría ser la fase final de la

evolución de ciertas estrellas. En este sentido, se trataría de un punto vacío en el

espacio, consecuencia del colapso gravitatorio experimentado por una estrella,

que, agotada su energía interna, concentra su masa en un diámetro inferior a una

decena de kilómetros.

La formación de un agujero negro

La existencia de los agujeros negros es, en el nivel actual de las investigaciones,

una mera hipótesis matemática. Fue el astrónomo alemán Kart Schwarzschild

quien, a comienzos del siglo XX, desarrolló este concepto, basándose en la teoría

física de la relatividad general formulada por Einstein, que constituye el

instrumento fundamental para emprender el estudio de un fenómeno cuya

constatación empírica resulta imposible.

El proceso de formación de un agujero negro está relacionado con la evolución de

algunas estrellas. Como es sabido, una estrella de masa análoga a la del Soltermina convirtiéndose en enana blanca, un astro pequeño con elevada densidad.

Por su parte, las estrellas cuya masa supera al menos una vez y media la masa

solar pasan con frecuencia a ser novas, pares de estrellas entre las que se verifica

un constante intercambio de materia y, como consecuencia, explosiones que

alteran notablemente el sistema.

La explosión de una nova deja como residuo un nuevo astro de enorme densidad

y volumen muy reducido, con un diámetro que no supera los 10 km., compuesto

únicamente por neutrones. La magnitud de la fuerza de gravedad, muy superior a

la que actúa en la superficie de la Tierra, atrae los neutrones hacia el centro de la

estrella, así se explica que en un volumen tan pequeño se concentre tan alta

proporción de masa. Tan sólo el carácter enormemente compacto de los

neutrones es capaz de limitar este proceso de compresión, que, de otro modo,

culminaría en su aplastamiento.

No obstante, la fuerza newtoniana de atracción puede poer fin a este factor de

incompresibilidad de la materia. Así, podría suceder que tras la explosión de una

supernova de inmensas dimensiones no se originara una estrella de neutrones,

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sino un astro donde la fuerza de gravedad alcanzaría niveles tan extremados que

atraería hacia su propio centro la materia de la que está compuesto. El resultado

sería una rapidísima contracción, que provocaría una violenta disminución del

tamaño de la estrella, cuyo diámetro sería igual a 0 y cuya densidad sería infinita.

Surgiría de esta manera una especie de garganta, capaz de tragar, a causa de su

potente campo de atracción, toda la materia cósmica situada a su alrededor,

incluida la luz. Su campo gravitatorio sería tan fuerte, que ni siquiera la radiación

electromagnética podría escapar de su entorno, a través del denominado

horizonte de sucesos, una frontera esférica que rodea al agujero negro, la luz

podría penetrar, pero no podría salir.

 A grandes rasgos, este sería el proceso de formación de un agujero negro.

 Actualmente, no todos los científicos aceptan la existencia real de los agujeros

negros. Suponiendo que en efecto existieran, hay que señalar que la condición

para que una estrella evolucione hacia agujero negro, (que su peso supere al

menos cinco veces el del Sol) no se da con frecuencia en el Universo.Una segunda objeción para contratar la presencia de agujeros negros se deriva

del hecho de que son invisibles, únicamente podrían reconocerse a partir de los

efectos producidos en objetos celestes cercanos. En este sentido, dado un

sistema binario de estrellas, si una de ellas se transformara en agujero negro

actuaría sustrayendo materia superficial de la segunda, en virtud de su intensa

fuerza de gravedad. El resultado de este proceso sería un trasvase continuo de

materia entre ambos astros. Los gases procedentes de la estrella colapsada

aumentaría su densidad al aproximarse al agujero, antes de ser absorbidos por él

originarían una nube, cuyo giro, a enorme velocidad, adquiriría la forma de una

gran espiral que dispersaría un flujo energético capaz de sustraerse a la fuerza delremolino.

 Así pues, puede concluirse que, en el caso de que los agujeros negros existiesen,

su observación quedaría, probablemente, fuera de la capacidad humana.

HIPOTETICO DESCUBRIMIENTO DE AGUJEROS NEGROS

Gracias a los datos obtenidos por el telescopio espacial Hubble, en 1994 un

equipo de científicos señaló la existencia de un agujero negro, se trata,

naturalmente, de una hipótesis, aunque reviste enorme interés. Estaría emplazadoen el centro de una galaxia de la constelación del Virgo, la M87. A su alrededor se

ha detectado la presencia de una nube gaseosa, que podría estar rodeando

precisamente al agujero negro, permaneciendo en constante proceso de

absorción. La elevada aceleración de gases constatada en esta región permite

apuntar la hipótesis de la presencia de un objeto de entre 2.5 y 3500 millones de

masas solares.

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 A comienzos del año 1997 un grupo de astrofísicos estadounidenses aportó

nuevos datos sobre el estudio del fenómeno de los agujero negros. A partir del

análisis de nueve sistemas binarios de estrellas, emisores de rayos X, constataron

que, en cinco casos, cuando la materia de la estrella de menor masa golpeaba la

superficie del segundo objeto, éste emitía una radiación de intenso brillo: se

trataba de una estrella de neutrones. En los otros cuatro casos, donde se creía

que existían agujeros negros, la radiación producida por el segundo objeto

resultaba mínima, la carga energética desaparecía a través del horizonte de

sucesos. Las conclusiones de este análisis, sin ser definitivas, constituyen pruebas

directas acerca de la existencia de agujeros negros.

Posteriormente, el mismo equipo señaló otros tres posibles casos de agujeros

negros, en esta ocasión dieron como emplazamiento los centros de las galaxias

M105, NGC 3377 y NGC 4486B.

STEPHEN HAWKINS 

Buena parte de las investigaciones del astrofísico británico Stephen Hawwkins han

estado consagradas al estudio de los agujeros negros y la cosmología cuántica.

Según Hawkins, la formación de estos cuerpos podría estar vinculada al propio

origen del Universo. Aceptada esta hipótesis, los agujeros negros estarían

emplazados demasiado lejos de otra materia como para ser detectados. Por otra

parte, el colapso del agujero negro formaría el denominado “agujero de gusano”, a

través del cual se produciría la comunicación con otros universos distintos al

nuestro.

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