Hoyos Negros Lonnie Pacheco
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LOS HOYOS NEGROS Jason Lawrence Por Lonnie Pacheco
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LOS HOYOS NEGROS
Jason LawrencePor Lonnie Pacheco
Los hoyos negros fascinan a muchos, aunque pocos los entienden en verdad
Un hoyo negro es un objeto tan masivo y con un campo gravitatorio tan concentrado que ni siquiera la luz puede escapar de sus lazos
Algunos dicen que en el centro de la Galaxia del Centauro hay un hoyo negro que se tragará a toda la galaxia
Otros se imaginan que la Tierra corre peligro de ser devorada por uno
¿Acaso el hoyo negro aspira todo lo que encuentra a su paso?
¿Fue un hoyo negro el que chocó en Tunguska?
¿Cómo suponer que la luz pudiera ser capturada por un objeto así?
¡Si la luz parece viajar a una velocidad infinita!
Uno de los primeros hombres en tratar de determinar si la luz tenía velocidad fue Galileo
Corría la primera década de 1600. Galileo y un ayudante se colocaron a distancia en dos cumbres
El ayudante sostuvo una linterna (antorcha) tapada, misma que en repetidas ocasiones descubrió rápidamente
Ingenuamente, Galileo intentó contar el tiempo desde que la linterna era destapada hasta que la luz era visible
La luz pareció llegar siempre simultáneamente, sincronizada
Obviamente Galileo no consideró que la misma imagen de su ayudante viajaba también a la misma velocidad de la luz
Resultado: la luz viajaba demasiado rápido para ser medida o efectivamente, tenía una velocidad infinita
De alguna manera, los descubrimientos de Galileo sí llevaron a la determinación de que la luz tenía una velocidad
Galileo se había distinguido por ser el primer hombre en descubrir los satélites de Júpiter
Sociedad Astronomica de Hong Kong
Una observación constante mostraba a los satélites transitar ocasionalmente frente al planeta
Observaciones detalladas posteriores permitieron calcular con mucha precisión el período orbital de cada uno
De este modo que se podía predecir cuándo y dónde aparecería uno de estos satélites en fechas futuras
Ole Christensen Roemer1675-1676
En 1676, Ole Christensen Roemer fue el primero en descubrir “accidentalmente” que la luz tenía una velocidad limitada
El astrónomo danés notó que los satélites de Júpiter llegaban “tarde” a su cita, pues llegaban retrasados a la posición calculada
Antonio Cidadao
Roemer notó que esto sucedía sólo cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra
Pero cuando se reducía la distancia al planeta gigante las cosas se normalizaban y los satélites llegaban puntuales a la posición calculada
No era posible que la Tierra influyera de alguna manera para hacer que los satélites galileanos giraran más rápido alrededor de Júpiter
1000 segundos
Lo más evidente para Roemer era que cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra, su luz –y la de sus satélites- se tardaba más
Esto –pensó él- era porque tenía que recorrer una distancia mayor
1000 segundos
300,000,000 Km.
1000 segundos
300,000,000 Km.
300,000,000 Km. = 300,000 Km/seg1000 segundos
Roemer calculó, en base a esto, que la luz viajaría a unos 225,000 km/seg. ¡Nada mal! Considerando la época en que se realizó este
experimento y que el valor actual es de poco menos de 300,000 km/seg
Ole Christensen Roemer225,000 Km/seg.
Roemer calculó que la luz viajaría a unos 225,000 km/seg. ¡Nada mal!, considerando la época (1676) en que se realizó este experimento y que el
valor actual es de poco menos de 300,000 km/seg
Once años después, en 1687, Newton publicó su famosa obra Principia, donde expone las leyes fundamentales del movimiento de los cuerpos y
de la gravitación universal
En sus enunciados establece que toda masa genera un campo gravitacional. Este campo actuará en los objetos que le rodean
La atracción gravitacional dependerá de la masa y de la distancia. A mayor masa mayor atracción. A mayor distancia menor atracción
En el Sistema Solar domina la masa del Astro Rey
Los objetos de mayor masa dominan sobre los objetos de menor masa
Masa del Sol: 332,946 Masas Terrestres
Y la luz...¿tiene masa? Si así es, entonces la luz debe ser dominada por los objetos masivos.
Basándose en la Teoría de Gravedad de Newton y en el supuesto de que la luz tuviera masa, en 1783 John Michell escribió que si una estrella
fuera lo suficientemente masiva y compacta, la atracción gravitacional sería tan alta que hasta la luz sería atraída por la estrella y ¡no podría
escapar de ella! Michell las llamó estrellas oscuras
Michell las llamó estrellas oscuras (1783)
Poco después (1794) el marqués de Laplace –científico francés- sugirió independientemente una idea similar
...pero ante la prevaleciente idea de que la luz era una onda y no una partícula, dejó de promover sus “descabelladas” ideas
¡Qué mala onda!
Pierre Simon Laplace
¿Partículas?
¿Ondas?
Finalmente, dominó la creencia de que la Luz se propagaba por ondas, como el agua y el sonido
Si la Luz no estaba formada por partículas, entonces seguramente la gravedad tenía un efecto nulo en ella
Pero luego Einstein demostró que la luz se comportaba corpuscularmente –como sólido- mediante el experimento del efecto fotoeléctrico
Albert Einstein 1916
E=mc 2
Einstein demostró que la luz (energía) y la materia eran intercambiables y que formaban parte del Universo junto con el espacio y el tiempo
De acuerdo con Einstein, la topografía del espacio-tiempo depende de la distribución de la materia
Una concentración de masa distorsiona el espacio y el tiempo
E=mc 2
Sin embargo Einstein no se preocupó por hacer predicciones en situaciones extremas
Esta expresión describe al Universo mismo
¿Qué sucedería en aquellos lugares donde la materia se concentrara masivamente?
En 1916 un matemático alemán, Karl Schwarzschild, demostró –usando la física de Einstein- que el campo gravitacional de una estrella súper
masiva podría no sólo desviar el curso de la luz, sino ¡llegar al extremo de atraparla!
Karl Schwarzschild1916
E=mc 2
La curvatura del espacio-tiempo sería tan pronunciada que terminaría doblándose sobre sí misma
Schwarzschild envió su propuesta a Einstein y éste quedó muy complacido y sorprendido por
la simpleza de la solución matemática
Einstein presentó el resultado a la academia como “singularidad de Schwarzschild”.
Singularidad de Schwarzschild
“T”
El modelo de Schwarzschild era bastante exótico, describía que la curvatura del espacio-tiempo alrededor de un objeto masivo cuyo
material estaría confinado a un solo punto: la Singularidad
Cuando Einstein estudió el caso de la singularidad, se sintió perturbado al descubrir que el modelo predecía que alrededor de ella existía una
“superficie” que –una vez cruzada- no conocía retorno
Singularidad de Schwarzschild
Los objetos serían trasladados a una Dimensión Desconocida
La superficie sería una frontera sin retornoCualquier intruso que la cruzara sería expulsado de este Universo
¡¡¡ Qué buena broma!!!
¡¡¡ ESO NO PUEDE SER !!!
¡¡¡ He creado un monstruo !!!
Schwarzchild debe estar equivocado
Desde entonces, Einstein hizo todo lo posible por demostrar que un
objeto así no podría existir
Subrahmanyan Chandrasekhar
Una estrella “fría” y densa no puede detener el colapso
gravitacional
En 1928, un graduado hindú de nombre Subrahmanyan Chandrasekhar (Chandra para la raza) descubrió matemáticamente que una estrella “fría” y
densa como una enana blanca no sería capaz de detener el colapso gravitacional si su masa llegaba a unas 1.5 veces la masa del Sol
.
El rechazo entre electrones (la degeneración de electrones) no tendría suficiente fuerza para evitar que la estrella fuera comprimida a una
mayor densidad
MASA CRITICA: 1.5 M O.
Chandra dijo que la enana blanca no era indestructible
Poco después, el científico ruso Lev Davidovich Landau llegó a la misma conclusión, si bien fue un poco más lejos al concluir que la masa
resultante sería una “estrella” de neutrones
masa de neutrones
(1967)
Estrella de neutronesMESSIER 1
Gilbert Jones
1967
Sir Arthur Eddington
Subrahmanyan Chandrasekhar
PREMIO NOBEL DE FISICA (1983)
OPPENHEIMERRobert Oppenheimer y Hartland Snyder
1939
Robert Oppenheimer y Hartland Snyder1939
Robert Oppenheimer y Hartland Snyder1939
JOHN WHEELER
John Wheeler1967-69
HOYOS NEGROS
Un Hoyo Negro es, en resumidas cuentas
El colapso gravitacional de una estrella masiva
VELOCIDAD DE ESCAPESu velocidad de escape supera a la luz
¿ Qué es la velocidad de escape ?
Es la velocidad necesaria para abandonar un cuerpo(sin retornar hacia él)
Velocidad de Escape
Ve = 11.2 km/s
Trayectoria parabólica
Trayectoria elíptica
Trayectorias parabólicas o hiperbólicas
Secciones Cónicas
Trayectorias posibles
Velocidad de Escape (V.e.)
r = radio, distancia al centro del cuerpom = masa del cuerpoG = Constante Gravitacional (deducida por Newton)
= 6.672 x 10 –11 N m2 kg-2
Entonces...
Si aumenta la masa, aumenta la Velocidad de escape y,Si se reduce el radio, aumenta la Velocidad de escape
Ve= 11.2 km/s
Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s
Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s Ve= 59.6 km/s
Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s Ve= 59.6 km/s
Ve= 617.5 km/s
Enana Blanca 1 Masa Solar Ve= 5,500 km/sVolker Wendel y Bernd Flach-Wilken
Estrella de neutrones 1 Masa Solar* Ve= 125,000 km/s
Hoyo Negro 1 Masa Solar* Ve= 300,000 km/s
¡RECUERDA!
Si aumenta la masa, aumenta la Velocidad de escape y,Si se reduce el radio, aumenta la Velocidad de escape
r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s
r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s
r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s
A ¼ de su tamaño actual
r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s
r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s
r= 1.6 km Ve= 630 km/s
1,000 veces más pequeña aún
Ve= 617.5 km/s
¡ Su velocidad de escape sería superior al la del Sol !
Ve= 630 km/s
¿Qué sucedería si la Tierra fuera reducida al tamaño de una uva?
Su velocidad de escape sería de 300,000 km/s
SERIA UN HOYO NEGRO
r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s
r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s
r= 1.6 km Ve= 630 km/s
r= 8 mm Ve= 300,000 km/s
No se requiere demasiada masa para hacer un hoyo negro
Un hoyo negro es un objeto cuya velocidad de escape es igual o superior a 300,000 km/s
No existen mecanismos que puedan aplastar la Tierralo suficiente para alcanzar esa condición
No existen mecanismos que puedan aplastar la Tierralo suficiente para alcanzar esa condición
Sin embargo, las estrellas supermasivas sometensus núcleos a presiones altísimas
10 17 kg/m3
El Sol “sólo” tiene una densidad de 1.5 x 105 kg/m3 en el núcleo(150,000 kg/m3)
¿Qué pasaría si el Sol se convirtiera en Hoyo Negro?
¿Se comería a todos los planetas?
RADIO DE SCHWARZCHILDVelocidad de Escape
Radio deSchwarzchild
c = Velocidad de la luz
Velocidad de Escape
Radio deSchwarzchild
Si aumenta la masa, aumenta la velocidad de escape
Si aumenta la masa, aumenta el Radio de Schwarzchild
Rs = 8 mm
Rs 3MO = 9 km.
Rs = 3 km
Rs 1.4 MO = 4.2 km.
Rs 10 MO = 30 km.
La singularidad es rodeada por el radio de Schwarzchild
La singularidad de Schwarzchild estaría en el centro
.
Sin embargo, bastaría acercarse 30 km para que la luz no pueda escapar
HORIZONTE DE LOS EVENTOS
Superficie
HORIZONTE DE LOS EVENTOS
¿ Por qué se llama horizonte de los eventos ?
Porque no podemos ver más allá de él.
.
En teoría, la superficie del horizonte de los eventos es esférica
No es palpable y representa la frontera del NO RETORNO
Un hoyo negro puede ser orbitado por un cuerpo
Pero no hay escapatoria si ingresa al horizonte de los eventos
El objeto se contrae hacia una densidad y tiempo infinitos
Las Leyes Universales se “quedan” afuera
El Hoyo Negro rompe toda relación con el mundo físico
Nadie sabe qué sucede en el interior del Hoyo Negro
Es impredecible
¿Otra Dimensión ?
¿ Otro Tiempo ?
Puede haber cosas insospechadas
X
PRINCIPIO DE CENSURA COSMICA
PRINCIPIODE CENSURA
COSMICA
.
Una singularidad estará siempre arropada por un horizonte de eventos
La materia se desnaturaliza cuando ingresa al Hoyo NegroNo existe intercomunicación entre el Universo y la Singularidad
.
Einstein estableció que la materia distorsionaba el espacio y el tiempo
Una singularidad tiene tanta masa concentrada que el espacio y el tiempo se distorsiona apreciablemente
Suena interesante...¿ es acaso comprobable ?
.
Suena interesante...¿ es acaso comprobable ?
¡ Claro que sí !
Tierra Sol
Posición Aparente
Posición Verdadera
1.75°
Tierra Sol
Posición Aparente
Posición Verdadera
1.75°Sir Arthur Eddington
1919
.
Wendy Carlos
¿ Cómo se comportaría la luz en presencia de un hoyo negro ?
Los rayos luminosos que caen en el horizonte de eventos se perderían
Justo afuera del horizonte de eventos los rayos también se pierden
Afuera de 1.5 Radios de Schwarzchild la luz sí puede escapar
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
¿ Por qué la luz que pasa justo afuera del hoyo negro también se pierde ?
ESFERA DE FOTONES
La luz no cae más hacia el Hoyo Negro, pero tampoco puede escapar
Porque a 1.5 Radios de Schwarzchild la distorsión del espacio es suficiente para atrapar a la luz ¡¡¡ en una órbita circular !!!
ESFERA DE FOTONES
Aquí, a 1.5 radios de Schwarzchild se encuentra la:
A menos de 1.5 radios de Schwarzchild la luz cae inevitablementehacia el Hoyo Negro
Así, no sólo la singularidad está envuelta por elHorizonte de los Eventos
Alrededor del Horizonte de Eventos está la Esfera de Fotones
1.5 Rs
CONO DE SALIDA
En este ejemplo, el Hoyo Negro avanza hacia la estrellaY paulatinamente se desarrolla el CONO DE SALIDA
Sería interesante ver qué sucede con la luz de una estrella al ingresar a la:Esfera de Fotones
PROPIEDADES
MASA
PROPIEDADES DE UN HOYO NEGRO
MASA
CARGA ELECTRICA NETA
MASAMOMENTOANGULAR
CARGA ELECTRICA NETA
CLASIFIACION PROPIEDADES
1916 HN de Schwarzchild
1918 HN de Reissner-Nordstrom +
1963 HN de Kerr >
1965 HN de Kerr-Newman >+
CLASIFICACION DE HOYOS NEGROSSegún sus propiedades
CLASIFICACION MASACLASIFICACION DE HOYOS NEGROS
Según su masa
HN Estelares
HN Supermasivos
Mini Hoyos Negros
> 3 Masas Solares
Hoyos Negros Estelares
106 a 109 Masas Solares1 a 1,000 millones de Masas Solares
Hoyos Negros Supermasivos
?Mini Hoyo Negro
Mini Hoyos Negros
1011 kg100 millones de Toneladas
1/10´000,000 mm
Observaciones de movimiento orbital de estrellas masivas alrededor de Sagittarius A* desde VLT
Animacion http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2002/pr-17-02.html
EVAPORACION DE HOYOS NEGROS
Radiación Hawking
Cómo detectar un Hoyo Negro
Hoyos Negros Aislados
Sistemas Binarios sin transferencia de material
Sistemas Binarios con transferencia de material
Lectura recomendada y sitios consultadoshttp://www.astronomos.org/articulistas/Lonnie/Hoyos_Negros.htm
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_08.htmhttp://cosmos.astro.uson.mx/INFORMATICA/divulgacion/preguntas/res1_30.htm#1
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