Agujeros negros misteriosos y esquivos. Las leyes de la física confirman la posibilidad de su existencia en el universo, pero aún quedan muchas preguntas. Numerosas observaciones muestran que existen agujeros en el universo y que hay más de un millón de estos objetos.
¿Qué son los agujeros negros?
En 1915, al resolver las ecuaciones de Einstein, se predijo el fenómeno de los "agujeros negros". Sin embargo, la comunidad científica no se interesó por ellos hasta 1967. Luego fueron llamadas “estrellas colapsadas”, “estrellas congeladas”.
Hoy en día, un agujero negro es una región del tiempo y del espacio que tiene tal gravedad que ni siquiera un rayo de luz puede escapar de ella.
¿Cómo se forman los agujeros negros?
Existen varias teorías sobre la aparición de los agujeros negros, que se dividen en hipotéticas y realistas. La más simple y realista es la teoría del colapso gravitacional de las grandes estrellas.
Cuando una estrella suficientemente masiva, antes de la “muerte”, crece en tamaño y se vuelve inestable, consumiendo su último combustible. Al mismo tiempo, la masa de la estrella permanece sin cambios, pero su tamaño disminuye a medida que se produce la llamada densificación. En otras palabras, cuando se compacta, el núcleo pesado "cae" sobre sí mismo. Paralelamente, la compactación provoca un fuerte aumento de la temperatura en el interior de la estrella y se desprenden las capas exteriores del cuerpo celeste, a partir de las cuales se forman nuevas estrellas. Al mismo tiempo, en el centro de la estrella, el núcleo cae en su propio "centro". Como resultado de la acción de las fuerzas gravitacionales, el centro colapsa hasta un punto, es decir, las fuerzas gravitacionales son tan fuertes que absorben el núcleo compactado. Así nace un agujero negro, que comienza a distorsionar el espacio y el tiempo de modo que ni siquiera la luz puede escapar de él.
En el centro de todas las galaxias hay un agujero negro supermasivo. Según la teoría de la relatividad de Einstein:
"Cualquier masa distorsiona el espacio y el tiempo".
Ahora imaginemos cuánto distorsiona un agujero negro el tiempo y el espacio, porque su masa es enorme y al mismo tiempo está comprimida en un volumen ultrapequeño. Esta habilidad causa la siguiente rareza:
“Los agujeros negros tienen la capacidad de prácticamente detener el tiempo y comprimir el espacio. Debido a esta extrema distorsión, los agujeros se vuelven invisibles para nosotros”.
Si los agujeros negros no son visibles, ¿cómo sabemos que existen?
Sí, aunque un agujero negro es invisible, debería ser perceptible por la materia que cae en él. Además del gas estelar, que es atraído por un agujero negro, cuando se acerca al horizonte de sucesos, la temperatura del gas comienza a aumentar a valores ultra altos, lo que provoca un resplandor. Por eso los agujeros negros brillan. Gracias a este resplandor, aunque débil, los astrónomos y astrofísicos explican la presencia en el centro de la galaxia de un objeto de pequeño volumen pero de enorme masa. Actualmente, como resultado de las observaciones, se han descubierto alrededor de 1000 objetos que tienen un comportamiento similar a los agujeros negros.
Agujeros negros y galaxias
¿Cómo pueden los agujeros negros afectar a las galaxias? Esta pregunta atormenta a los científicos de todo el mundo. Existe la hipótesis de que son los agujeros negros situados en el centro de la galaxia los que influyen en su forma y evolución. Y es que cuando dos galaxias chocan, los agujeros negros se fusionan y durante este proceso se libera una cantidad tan enorme de energía y materia que se forman nuevas estrellas.
Tipos de agujeros negros
- Según la teoría existente, existen tres tipos de agujeros negros: estelares, supermasivos y en miniatura. Y cada uno de ellos se formó de una manera especial.
- - Agujeros negros de masas estelares, crece hasta alcanzar tamaños enormes y colapsa.
- Es probable que existan agujeros negros supermasivos, que pueden tener una masa equivalente a millones de soles, en los centros de casi todas las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea. Los científicos todavía tienen diferentes hipótesis sobre la formación de agujeros negros supermasivos. Hasta ahora sólo se sabe una cosa: los agujeros negros supermasivos son un subproducto de la formación de galaxias. Los agujeros negros supermasivos se diferencian de los ordinarios en que tienen un tamaño muy grande, pero una densidad paradójicamente baja. - - Nadie ha podido detectar todavía un agujero negro en miniatura que tendría una masa menor que la del Sol. Es posible que se hayan formado agujeros en miniatura poco después del “Big Bang”, que es el comienzo exacto de la existencia de nuestro universo (hace unos 13,7 mil millones de años).
- - Recientemente se ha introducido un nuevo concepto: “agujeros negros blancos”. Este sigue siendo un hipotético agujero negro, que es lo opuesto a un agujero negro. Stephen Hawking estudió activamente la posibilidad de la existencia de agujeros blancos.
- - Agujeros negros cuánticos: hasta ahora sólo existen en teoría. Los agujeros negros cuánticos pueden formarse cuando partículas ultrapequeñas chocan como resultado de una reacción nuclear.
- - Los agujeros negros primarios también son una teoría. Se formaron inmediatamente después de su origen.
Por el momento, hay un gran número de preguntas abiertas que aún deben ser respondidas por las generaciones futuras. Por ejemplo, ¿pueden existir realmente los llamados “agujeros de gusano”, con cuya ayuda se puede viajar a través del espacio y el tiempo? Qué sucede exactamente dentro de un agujero negro y a qué leyes obedecen estos fenómenos. ¿Y qué pasa con la desaparición de información en un agujero negro?
Un agujero negro es uno de los objetos más misteriosos del Universo. Muchos científicos famosos, incluido Albert Einstein, hablaron sobre la posibilidad de la existencia de agujeros negros. Los agujeros negros deben su nombre al astrofísico estadounidense John Wheeler. Hay dos tipos de agujeros negros en el Universo. El primero son los agujeros negros masivos, cuerpos enormes cuya masa es millones de veces mayor que la masa del Sol. Estos objetos, como suponen los científicos, se encuentran en el centro de las galaxias. En el centro de nuestra galaxia también hay un gigantesco agujero negro. Los científicos aún no han podido descubrir las razones de la aparición de cuerpos cósmicos tan enormes.
Punto de vista
La ciencia moderna subestima la importancia del concepto de "energía del tiempo", introducido en el uso científico por el astrofísico soviético N.A. Kozyrev.
Refinamos la idea de la energía del tiempo, como resultado de lo cual apareció una nueva teoría filosófica: el "materialismo ideal". Esta teoría proporciona una explicación alternativa para la naturaleza y estructura de los agujeros negros. Los agujeros negros en la teoría del materialismo ideal juegan un papel clave y, en particular, en los procesos de origen y equilibrio de la energía temporal. La teoría explica por qué hay agujeros negros supermasivos en el centro de casi todas las galaxias. En el sitio podrá familiarizarse con esta teoría, pero después de una preparación adecuada. ver materiales del sitio).
Una región en el espacio y el tiempo cuya atracción gravitacional es tan fuerte que ni siquiera los objetos que se mueven a la velocidad de la luz pueden salir de ella se llama agujero negro. El límite de un agujero negro se conoce como concepto de “horizonte de sucesos” y su tamaño se conoce como radio gravitacional. En el caso más simple, es igual al radio de Schwarzschild.
El hecho de que la existencia de agujeros negros sea teóricamente posible se puede demostrar mediante algunas de las ecuaciones exactas de Einstein. El primero de ellos lo obtuvo en 1915 el mismo Karl Schwarzschild. Se desconoce quién fue el primero en inventar este término. Solo podemos decir que la designación misma del fenómeno se popularizó gracias a John Archibald Wheeler, quien publicó por primera vez la conferencia "Nuestro universo: lo conocido y lo desconocido", donde se utilizó. Mucho antes, estos objetos fueron llamados “estrellas colapsadas” o “colapsares”.
La cuestión de si realmente existen los agujeros negros está relacionada con la existencia real de la gravedad. En la ciencia moderna, la teoría de la gravedad más realista es la teoría general de la relatividad, que define claramente la posibilidad de la existencia de agujeros negros. Pero, sin embargo, su existencia es posible en el marco de otras teorías, por lo que los datos se analizan e interpretan constantemente.
La afirmación sobre la existencia de agujeros negros reales debe entenderse como una confirmación de la existencia de objetos astronómicos densos y masivos, que pueden interpretarse como los agujeros negros de la teoría de la relatividad. Además, las estrellas en las últimas etapas de colapso pueden atribuirse a un fenómeno similar. Los astrofísicos modernos no dan importancia a la diferencia entre este tipo de estrellas y los agujeros negros reales.
Muchos de los que han estudiado o siguen estudiando astronomía saben ¿Qué es un agujero negro? Y de donde viene ella. Pero aún así, para la gente común y corriente que no esté particularmente interesada en esto, les explicaré todo brevemente.
Agujero negro- esta es un área determinada en el espacio del espacio o incluso del tiempo en ella. Sólo que ésta no es una zona cualquiera. Tiene una gravedad (atracción) muy fuerte. Además, ¡es tan fuerte que algo no puede salir de un agujero negro si llega allí! Incluso los rayos del sol no pueden evitar caer en un agujero negro si pasa cerca. Sin embargo, sepa que los rayos del sol (luz) se mueven a la velocidad de la luz: 300.000 km/seg.
Anteriormente, los agujeros negros se llamaban de diferentes maneras: colapsares, estrellas colapsadas, estrellas congeladas, etc. ¿Por qué? Porque los agujeros negros aparecen debido a estrellas muertas.
El caso es que cuando una estrella agota toda su energía, se convierte en un gigante muy caliente y, finalmente, explota. Su núcleo, con cierta probabilidad, puede contraerse mucho. Además, con una velocidad increíble. En algunos casos, tras la explosión de una estrella, se forma un agujero negro e invisible que devora todo lo que encuentra a su paso. Todos los objetos que incluso se mueven a la velocidad de la luz.
A un agujero negro no le importa qué objetos absorbe. Pueden ser naves espaciales o rayos del sol. No importa qué tan rápido se mueva el objeto. Al agujero negro tampoco le importa cuál sea la masa del objeto. Puede devorarlo todo, desde microbios cósmicos o polvo hasta las propias estrellas.
Desafortunadamente, nadie ha descubierto todavía qué sucede dentro de un agujero negro. Algunos sugieren que un objeto que cae en un agujero negro se desgarra con una fuerza increíble. Otros creen que la salida de un agujero negro puede conducir a otro, una especie de segundo universo. Otros creen que (muy probablemente) si caminas desde la entrada hasta la salida de un agujero negro, este simplemente te expulsará a otra parte del universo.
Agujero negro en el espacio
Agujero negro- Este objeto espacial densidad increíble, que posee una gravedad absoluta, tal que cualquier cuerpo cósmico e incluso el espacio y el tiempo mismos son absorbidos por él.
agujeros negros gestionar la mayor parte evolución del universo. están en un lugar central, pero no se pueden ver sus signos; Aunque los agujeros negros tienen la capacidad de destruir, también ayudan a formar galaxias.
Algunos científicos creen que agujeros negros son la puerta de entrada a universos paralelos. lo cual bien puede ser el caso. Existe la opinión de que los agujeros negros tienen opuestos, los llamados agujeros blancos . que tiene propiedades antigravedad.
Agujero negro nace Dentro de las estrellas más grandes, cuando mueren, la gravedad las destruye, provocando así una poderosa explosión. supernova.
Karl Schwarzschild predijo la existencia de agujeros negros
Karl Schwarzschild fue el primero en utilizar la teoría general de la relatividad de Einstein para demostrar la existencia de un "punto sin retorno". El propio Einstein no pensó en los agujeros negros, aunque su teoría predice su existencia.
Schwarzschild hizo su propuesta en 1915, inmediatamente después de que Einstein publicara su teoría general de la relatividad. Fue entonces cuando surgió el término "radio de Schwarzschild": este es un valor que muestra cuánto tendría que comprimirse un objeto para que se convierta en un agujero negro.
En teoría, cualquier cosa puede convertirse en un agujero negro si se comprime lo suficiente. Cuanto más denso es el objeto, más fuerte es el campo gravitacional que crea. Por ejemplo, la Tierra se convertiría en un agujero negro si tuviera la masa de un objeto del tamaño de un maní.
Fuentes: www.alienguest.ru, cosmos-online.ru, kak-prosto.net, nasha-vselennaya.ru, www.qwrt.ru
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Debido al reciente aumento del interés por la creación de películas de divulgación científica sobre el tema de la exploración espacial, los espectadores modernos han oído hablar mucho de fenómenos como la singularidad o el agujero negro. Sin embargo, las películas obviamente no revelan la naturaleza completa de estos fenómenos y, a veces, incluso distorsionan las teorías científicas construidas para lograr un mayor efecto. Por esta razón, la comprensión que mucha gente moderna tiene de estos fenómenos es completamente superficial o completamente errónea. Una de las soluciones al problema que ha surgido es este artículo, en el que intentaremos comprender los resultados de las investigaciones existentes y responder a la pregunta: ¿qué es un agujero negro?
En 1784, el sacerdote y naturalista inglés John Michell mencionó por primera vez en una carta a la Royal Society cierto cuerpo masivo hipotético que tiene una atracción gravitacional tan fuerte que su segunda velocidad de escape excederá la velocidad de la luz. La segunda velocidad de escape es la velocidad que necesitará un objeto relativamente pequeño para superar la atracción gravitacional de un cuerpo celeste e ir más allá de la órbita cerrada alrededor de este cuerpo. Según sus cálculos, un cuerpo con la densidad del Sol y un radio de 500 radios solares tendrá en su superficie una segunda velocidad cósmica igual a la velocidad de la luz. En este caso, ni siquiera la luz abandonará la superficie de dicho cuerpo y, por lo tanto, este cuerpo solo absorberá la luz entrante y permanecerá invisible para el observador: una especie de mancha negra en el fondo del espacio oscuro.
Sin embargo, el concepto de Michell de cuerpo supermasivo no atrajo mucho interés hasta el trabajo de Einstein. Recordemos que este último definió la velocidad de la luz como la velocidad máxima de transferencia de información. Además, Einstein amplió la teoría de la gravedad a velocidades cercanas a la velocidad de la luz (). Como resultado, ya no era relevante aplicar la teoría newtoniana a los agujeros negros.
La ecuación de Einstein
Como resultado de aplicar la relatividad general a los agujeros negros y resolver las ecuaciones de Einstein, se identificaron los principales parámetros de un agujero negro, de los cuales solo existen tres: masa, carga eléctrica y momento angular. Cabe destacar la importante contribución del astrofísico indio Subramanian Chandrasekhar, quien creó la monografía fundamental: “Teoría matemática de los agujeros negros”.
Así, la solución a las ecuaciones de Einstein se presenta en cuatro opciones para cuatro posibles tipos de agujeros negros:
- BH sin rotación y sin carga – solución Schwarzschild. Una de las primeras descripciones de un agujero negro (1916) utilizando las ecuaciones de Einstein, pero sin tener en cuenta dos de los tres parámetros del cuerpo. La solución del físico alemán Karl Schwarzschild permite calcular el campo gravitacional externo de un cuerpo esférico masivo. La peculiaridad del concepto de agujero negro del científico alemán es la presencia de un horizonte de sucesos y su ocultación detrás de él. Schwarzschild también fue el primero en calcular el radio gravitacional, que recibió su nombre, que determina el radio de la esfera en la que se ubicaría el horizonte de sucesos de un cuerpo con una masa determinada.
- BH sin rotación con carga – solución Reisner-Nordström. La solución propuesta en 1916-1918, teniendo en cuenta la posible carga eléctrica de un agujero negro. Esta carga no puede ser arbitrariamente grande y está limitada debido a la repulsión eléctrica resultante. Esto último debe compensarse mediante la atracción gravitatoria.
- BH con rotación y sin carga - solución de Kerr (1963). Un agujero negro de Kerr giratorio se diferencia de uno estático por la presencia de la llamada ergosfera (lea más sobre este y otros componentes de un agujero negro).
- BH con rotación y carga - Solución Kerr-Newman. Esta solución fue calculada en 1965 y actualmente es la más completa, ya que tiene en cuenta los tres parámetros del agujero negro. Sin embargo, todavía se supone que en la naturaleza los agujeros negros tienen una carga insignificante.
Formación de agujeros negros
Existen varias teorías sobre cómo se forma y aparece un agujero negro, la más famosa de las cuales es que surge como resultado del colapso gravitacional de una estrella con suficiente masa. Tal compresión puede poner fin a la evolución de estrellas con una masa de más de tres masas solares. Una vez completadas las reacciones termonucleares dentro de tales estrellas, comienzan a comprimirse rápidamente hasta volverse superdensas. Si la presión del gas de una estrella de neutrones no puede compensar las fuerzas gravitacionales, es decir, la masa de la estrella supera las llamadas. Límite de Oppenheimer-Volkoff, luego el colapso continúa, lo que da como resultado que la materia se comprima en un agujero negro.
El segundo escenario que describe el nacimiento de un agujero negro es la compresión de gas protogaláctico, es decir, gas interestelar en etapa de transformación en una galaxia o algún tipo de cúmulo. Si no hay suficiente presión interna para compensar las mismas fuerzas gravitacionales, puede surgir un agujero negro.
Otros dos escenarios siguen siendo hipotéticos:
- La aparición de un agujero negro como resultado del llamado Agujeros negros primordiales.
- Ocurrencia como resultado de reacciones nucleares que ocurren a altas energías. Un ejemplo de tales reacciones son los experimentos en colisionadores.
Estructura y física de los agujeros negros.
La estructura de un agujero negro según Schwarzschild incluye sólo dos elementos que se mencionaron anteriormente: la singularidad y el horizonte de sucesos del agujero negro. Hablando brevemente de la singularidad, cabe señalar que es imposible trazar una línea recta a través de ella y que la mayoría de las teorías físicas existentes no funcionan dentro de ella. Por tanto, la física de la singularidad sigue siendo un misterio para los científicos de hoy. un agujero negro es un cierto límite, al cruzar el cual un objeto físico pierde la oportunidad de regresar más allá de sus límites y definitivamente "caerá" en la singularidad del agujero negro.
La estructura de un agujero negro se vuelve algo más complicada en el caso de la solución de Kerr, es decir, en presencia de rotación del agujero negro. La solución de Kerr supone que el agujero tiene una ergosfera. La ergosfera es una determinada región ubicada fuera del horizonte de sucesos, dentro de la cual todos los cuerpos se mueven en la dirección de rotación del agujero negro. Esta zona aún no es apasionante y es posible abandonarla, a diferencia del horizonte de sucesos. La ergosfera es probablemente una especie de análogo de un disco de acreción, que representa materia en rotación alrededor de cuerpos masivos. Si un agujero negro estático de Schwarzschild se representa como una esfera negra, entonces el agujero negro de Kerry, debido a la presencia de una ergosfera, tiene la forma de un elipsoide achatado, en cuya forma a menudo veíamos agujeros negros en los dibujos, en la antigüedad. películas o videojuegos.
- ¿Cuánto pesa un agujero negro? – El material más teórico sobre la aparición de un agujero negro está disponible para el escenario de su aparición como resultado del colapso de una estrella. En este caso, la masa máxima de una estrella de neutrones y la masa mínima de un agujero negro están determinadas por el límite de Oppenheimer-Volkov, según el cual el límite inferior de la masa de un agujero negro es 2,5 - 3 masas solares. El agujero negro más pesado jamás descubierto (en la galaxia NGC 4889) tiene una masa de 21 mil millones de masas solares. Sin embargo, no debemos olvidarnos de los agujeros negros que hipotéticamente surgen como resultado de reacciones nucleares de altas energías, como las de los colisionadores. La masa de estos agujeros negros cuánticos, es decir, los “agujeros negros de Planck”, es del orden de magnitud de 2,10−5 g.
- Del tamaño de un agujero negro. El radio mínimo de un agujero negro se puede calcular a partir de la masa mínima (2,5 – 3 masas solares). Si el radio gravitacional del Sol, es decir, la zona donde se ubicaría el horizonte de sucesos, es de unos 2,95 km, entonces el radio mínimo de un agujero negro de 3 masas solares será de unos nueve kilómetros. Tamaños tan relativamente pequeños no caben en la mente cuando hablamos de objetos masivos que atraen todo lo que les rodea. Sin embargo, para los agujeros negros cuánticos el radio es de 10 −35 m.
- La densidad media de un agujero negro depende de dos parámetros: masa y radio. La densidad de un agujero negro con una masa de aproximadamente tres masas solares es de aproximadamente 6 · 10 · 26 kg/m³, mientras que la densidad del agua es de 1000 kg/m³. Sin embargo, los científicos no han encontrado agujeros negros tan pequeños. La mayoría de los agujeros negros detectados tienen masas superiores a 10 5 masas solares. Existe un patrón interesante según el cual cuanto más masivo es un agujero negro, menor es su densidad. En este caso, un cambio de masa de 11 órdenes de magnitud implica un cambio de densidad de 22 órdenes de magnitud. Así, un agujero negro con una masa de 1,10 9 masas solares tiene una densidad de 18,5 kg/m³, uno menos que la densidad del oro. Y los agujeros negros con una masa de más de 10 10 masas solares pueden tener una densidad promedio menor que la del aire. Con base en estos cálculos, es lógico suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación de una gran cantidad de materia en un volumen determinado. En el caso de los agujeros negros cuánticos, su densidad puede ser de unos 10,94 kg/m³.
- La temperatura de un agujero negro también depende inversamente de su masa. Esta temperatura está directamente relacionada con. El espectro de esta radiación coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro, es decir, un cuerpo que absorbe toda la radiación incidente. El espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro depende únicamente de su temperatura, por lo que la temperatura del agujero negro se puede determinar a partir del espectro de radiación de Hawking. Como se mencionó anteriormente, esta radiación es más poderosa cuanto más pequeño es el agujero negro. Al mismo tiempo, la radiación de Hawking sigue siendo hipotética, ya que aún no ha sido observada por los astrónomos. De esto se deduce que si existe radiación de Hawking, entonces la temperatura de los agujeros negros observados es tan baja que no permite detectar esta radiación. Según los cálculos, incluso la temperatura de un agujero con una masa del orden de la masa del Sol es insignificante (1,10 -7 K o -272°C). La temperatura de los agujeros negros cuánticos puede alcanzar unos 10 12 K y, con su rápida evaporación (aproximadamente 1,5 minutos), dichos agujeros negros pueden emitir la energía de unos diez millones de bombas atómicas. Pero, afortunadamente, para crear tales objetos hipotéticos se necesitaría energía entre 10 y 14 veces mayor que la que se logra hoy en el Gran Colisionador de Hadrones. Además, los astrónomos nunca han observado fenómenos similares.
¿En qué consiste un agujero negro?
Otra pregunta preocupa tanto a los científicos como a aquellos que simplemente están interesados en la astrofísica: ¿en qué consiste un agujero negro? No hay una respuesta clara a esta pregunta, ya que no es posible mirar más allá del horizonte de sucesos que rodea a cualquier agujero negro. Además, como se mencionó anteriormente, los modelos teóricos de un agujero negro prevén solo 3 de sus componentes: la ergosfera, el horizonte de sucesos y la singularidad. Es lógico suponer que en la ergosfera sólo se encuentran aquellos objetos que fueron atraídos por el agujero negro y que ahora giran a su alrededor: varios tipos de cuerpos cósmicos y gases cósmicos. El horizonte de sucesos es sólo una delgada frontera implícita, una vez superada la cual los mismos cuerpos cósmicos son irrevocablemente atraídos hacia el último componente principal del agujero negro: la singularidad. La naturaleza de la singularidad no se ha estudiado hoy y es demasiado pronto para hablar de su composición.
Según algunas suposiciones, un agujero negro puede estar formado por neutrones. Si seguimos el escenario de la aparición de un agujero negro como resultado de la compresión de una estrella en una estrella de neutrones con su posterior compresión, entonces probablemente la parte principal del agujero negro esté formada por neutrones, de los cuales está formada la propia estrella de neutrones. . En términos simples: cuando una estrella colapsa, sus átomos se comprimen de tal manera que los electrones se combinan con los protones, formando así neutrones. En realidad, una reacción similar ocurre en la naturaleza, y con la formación de un neutrón, se produce la radiación de neutrinos. Sin embargo, estas son sólo suposiciones.
¿Qué pasa si caes en un agujero negro?
Caer en un agujero negro astrofísico hace que el cuerpo se estire. Consideremos un hipotético cosmonauta suicida que se dirige a un agujero negro vistiendo sólo un traje espacial, con los pies por delante. Al cruzar el horizonte de sucesos, el astronauta no notará ningún cambio, a pesar de que ya no tendrá la oportunidad de regresar. En algún momento, el astronauta llegará a un punto (ligeramente detrás del horizonte de sucesos) en el que comenzará a producirse la deformación de su cuerpo. Dado que el campo gravitacional de un agujero negro no es uniforme y está representado por un gradiente de fuerza que aumenta hacia el centro, las piernas del astronauta estarán sujetas a una influencia gravitacional notablemente mayor que, por ejemplo, la cabeza. Luego, debido a la gravedad, o más bien a las fuerzas de marea, las piernas "caerán" más rápido. Así, el cuerpo comienza a alargarse gradualmente en longitud. Para describir este fenómeno, los astrofísicos han ideado un término bastante creativo: espaguetificación. Un mayor estiramiento del cuerpo probablemente lo descompondrá en átomos que, tarde o temprano, alcanzarán una singularidad. Uno sólo puede adivinar cómo se sentirá una persona en esta situación. Vale la pena señalar que el efecto de estirar un cuerpo es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Es decir, si un agujero negro con la masa de tres soles estira o desgarra instantáneamente el cuerpo, entonces el agujero negro supermasivo tendrá fuerzas de marea más bajas y hay sugerencias de que algunos materiales físicos podrían "tolerar" tal deformación sin perder su estructura.
Como saben, el tiempo pasa más lentamente cerca de objetos masivos, lo que significa que para un astronauta suicida el tiempo pasará mucho más lentamente que para los terrícolas. En este caso, tal vez sobreviva no solo a sus amigos, sino también a la Tierra misma. Para determinar cuánto tiempo se ralentizará un astronauta, se necesitarán cálculos, pero de lo anterior se puede suponer que el astronauta caerá en el agujero negro muy lentamente y, tal vez, simplemente no vivirá para ver el momento en que su El cuerpo comienza a deformarse.
Es de destacar que para un observador externo, todos los cuerpos que vuelan hacia el horizonte de sucesos permanecerán en el borde de este horizonte hasta que su imagen desaparezca. La razón de este fenómeno es el corrimiento al rojo gravitacional. Simplificando un poco, podemos decir que la luz que incide sobre el cuerpo de un cosmonauta suicida "congelado" en el horizonte de sucesos cambiará su frecuencia debido a su tiempo más lento. A medida que el tiempo pasa más lentamente, la frecuencia de la luz disminuirá y la longitud de onda aumentará. Como resultado de este fenómeno, en la salida, es decir, para un observador externo, la luz se desplazará gradualmente hacia la baja frecuencia: el rojo. Se producirá un desplazamiento de la luz a lo largo del espectro, a medida que el cosmonauta suicida se aleje cada vez más del observador, aunque de forma casi imperceptible, y su tiempo transcurra cada vez más lentamente. Así, la luz reflejada por su cuerpo pronto irá más allá del espectro visible (la imagen desaparecerá), y en el futuro el cuerpo del astronauta sólo podrá detectarse en la región de la radiación infrarroja, más tarde en la radiofrecuencia, y como resultado la radiación será completamente esquiva.
A pesar de lo anterior, se supone que en los agujeros negros supermasivos muy grandes, las fuerzas de marea no cambian tanto con la distancia y actúan de manera casi uniforme sobre el cuerpo que cae. En este caso, la nave espacial que cae conservaría su estructura. Surge una pregunta razonable: ¿adónde conduce el agujero negro? Esta pregunta puede ser respondida por el trabajo de algunos científicos, que vinculan dos fenómenos como los agujeros de gusano y los agujeros negros.
En 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen propusieron una hipótesis sobre la existencia de los llamados agujeros de gusano, que conectan dos puntos del espacio-tiempo a través de lugares de curvatura significativa de este último: un puente o agujero de gusano de Einstein-Rosen. Para una curvatura tan poderosa del espacio se necesitarían cuerpos de masa gigantesca, cuyo papel cumplirían perfectamente los agujeros negros.
El puente Einstein-Rosen se considera un agujero de gusano infranqueable porque es pequeño e inestable.
Un agujero de gusano atravesable es posible en el marco de la teoría de los agujeros blancos y negros. Donde el agujero blanco es la salida de información atrapada en el agujero negro. El agujero blanco se describe en el marco de la relatividad general, pero a día de hoy sigue siendo hipotético y no ha sido descubierto. Los científicos estadounidenses Kip Thorne y su estudiante de posgrado Mike Morris propusieron otro modelo de agujero de gusano, que puede ser transitable. Sin embargo, tanto en el caso del agujero de gusano Morris-Thorne como en el de los agujeros blancos y negros, la posibilidad de viajar requiere la existencia de la llamada materia exótica, que tiene energía negativa y que además sigue siendo hipotética.
Agujeros negros en el universo
La existencia de agujeros negros se confirmó hace relativamente poco tiempo (septiembre de 2015), pero antes ya existía mucho material teórico sobre la naturaleza de los agujeros negros, así como muchos objetos candidatos para el papel de agujero negro. En primer lugar, hay que tener en cuenta el tamaño del agujero negro, ya que de ellos depende la naturaleza misma del fenómeno:
- Agujero negro de masa estelar. Estos objetos se forman como resultado del colapso de una estrella. Como se mencionó anteriormente, la masa mínima de un cuerpo capaz de formar un agujero negro de este tipo es de 2,5 a 3 masas solares.
- Agujeros negros de masa intermedia. Un tipo intermedio condicional de agujero negro que ha crecido debido a la absorción de objetos cercanos, como un grupo de gas, una estrella vecina (en sistemas de dos estrellas) y otros cuerpos cósmicos.
- Agujero negro supermasivo. Objetos compactos con 10 5 -10 10 masas solares. Las propiedades distintivas de estos agujeros negros son su paradójicamente baja densidad, así como las débiles fuerzas de marea, que ya se mencionaron anteriormente. Este es exactamente el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A*), así como de la mayoría de las otras galaxias.
Candidatos al ChD
El agujero negro más cercano, o más bien un candidato para el papel de agujero negro, es un objeto (V616 Monoceros), que se encuentra a una distancia de 3000 años luz del Sol (en nuestra galaxia). Consta de dos componentes: una estrella con una masa de la mitad de la masa del Sol, así como un pequeño cuerpo invisible cuya masa es de 3 a 5 masas solares. Si este objeto resulta ser un pequeño agujero negro de masa estelar, entonces con razón se convertirá en el agujero negro más cercano.
Después de este objeto, el segundo agujero negro más cercano es el objeto Cygnus X-1 (Cyg X-1), que fue el primer candidato para el papel de agujero negro. La distancia hasta él es de aproximadamente 6070 años luz. Bastante bien estudiado: tiene una masa de 14,8 masas solares y un radio de horizonte de sucesos de unos 26 km.
Según algunas fuentes, otro candidato más cercano para el papel de agujero negro podría ser un cuerpo del sistema estelar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), que, según estimaciones de 1999, se encontraba a una distancia de 1.600 años luz. Sin embargo, estudios posteriores han aumentado esta distancia al menos 15 veces.
¿Cuántos agujeros negros hay en nuestra galaxia?
No existe una respuesta exacta a esta pregunta, ya que observarlos es bastante difícil y durante todo el período de estudio del cielo, los científicos han podido descubrir alrededor de una docena de agujeros negros dentro de la Vía Láctea. Sin caer en cálculos, observamos que hay entre 100 y 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia, y aproximadamente una de cada mil estrellas tiene suficiente masa para formar un agujero negro. Es probable que se hayan formado millones de agujeros negros durante la existencia de la Vía Láctea. Dado que es más fácil detectar agujeros negros de enorme tamaño, es lógico suponer que lo más probable es que la mayoría de los agujeros negros de nuestra galaxia no sean supermasivos. Es de destacar que una investigación de la NASA de 2005 sugiere la presencia de todo un enjambre de agujeros negros (entre 10.000 y 20.000) que giran alrededor del centro de la galaxia. Además, en 2016, los astrofísicos japoneses descubrieron un satélite masivo cerca del objeto *: un agujero negro, el núcleo de la Vía Láctea. Debido al pequeño radio (0,15 años luz) de este cuerpo, así como a su enorme masa (100.000 masas solares), los científicos suponen que este objeto también es un agujero negro supermasivo.
El núcleo de nuestra galaxia, el agujero negro de la Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A* o Sagitario A*) es supermasivo y tiene una masa de 4,31 10 6 masas solares, y un radio de 0,00071 años luz (6,25 horas luz . o 6,75 mil millones de kilómetros). La temperatura de Sagitario A*, junto con el cúmulo que lo rodea, es de aproximadamente 1,10 7 K.
El agujero negro más grande
El agujero negro más grande del Universo que los científicos han descubierto es un agujero negro supermasivo, FSRQ blazar, en el centro de la galaxia S5 0014+81, a una distancia de 1,2 10 10 años luz de la Tierra. Según los resultados preliminares de las observaciones realizadas con el observatorio espacial Swift, la masa del agujero negro era de 40 mil millones (40,10 9) masas solares y el radio de Schwarzschild de dicho agujero era de 118,35 mil millones de kilómetros (0,013 años luz). Además, según los cálculos, surgió hace 12,1 mil millones de años (1,6 mil millones de años después del Big Bang). Si este agujero negro gigante no absorbe la materia que lo rodea, vivirá hasta la era de los agujeros negros, una de las eras del desarrollo del Universo en la que los agujeros negros dominarán en él. Si el núcleo de la galaxia S5 0014+81 sigue creciendo, se convertirá en uno de los últimos agujeros negros que existirán en el Universo.
Los otros dos agujeros negros conocidos, aunque no tienen nombre propio, son de gran importancia para el estudio de los agujeros negros, ya que confirmaron experimentalmente su existencia, y también proporcionaron resultados importantes para el estudio de la gravedad. Estamos hablando del evento GW150914, que es la colisión de dos agujeros negros en uno. Este evento permitió registrarse.
Detección de agujeros negros
Antes de considerar métodos para detectar agujeros negros, deberíamos responder a la pregunta: ¿por qué un agujero negro es negro? – la respuesta a esto no requiere un conocimiento profundo de la astrofísica y la cosmología. El caso es que un agujero negro absorbe toda la radiación que incide sobre él y no emite nada, si no se tiene en cuenta la hipotética. Si consideramos este fenómeno con más detalle, podemos suponer que los procesos que conducen a la liberación de energía en forma de radiación electromagnética no ocurren dentro de los agujeros negros. Entonces, si un agujero negro emite, lo hace en el espectro de Hawking (que coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro calentado). Sin embargo, como se mencionó anteriormente, esta radiación no se detectó, lo que sugiere que la temperatura de los agujeros negros es completamente baja.
Otra teoría generalmente aceptada dice que la radiación electromagnética no es en absoluto capaz de abandonar el horizonte de sucesos. Lo más probable es que los fotones (partículas de luz) no sean atraídos por objetos masivos, ya que, según la teoría, ellos mismos no tienen masa. Sin embargo, el agujero negro todavía “atrae” fotones de luz a través de la distorsión del espacio-tiempo. Si imaginamos un agujero negro en el espacio como una especie de depresión en la superficie lisa del espacio-tiempo, entonces hay una cierta distancia desde el centro del agujero negro, acercándose a la cual la luz ya no podrá alejarse de él. Es decir, a grandes rasgos, la luz empieza a “caer” en un “agujero” que ni siquiera tiene “fondo”.
Además, si tenemos en cuenta el efecto del corrimiento al rojo gravitacional, es posible que la luz en un agujero negro pierda su frecuencia, desplazándose a lo largo del espectro hacia la región de radiación de onda larga de baja frecuencia hasta perder energía por completo.
Por tanto, un agujero negro es de color negro y, por tanto, difícil de detectar en el espacio.
Métodos de detección
Veamos los métodos que utilizan los astrónomos para detectar un agujero negro:
Además de los métodos mencionados anteriormente, los científicos suelen asociar objetos como los agujeros negros y. Los cuásares son ciertos grupos de cuerpos cósmicos y gas, que se encuentran entre los objetos astronómicos más brillantes del Universo. Dado que tienen una alta intensidad de luminiscencia en tamaños relativamente pequeños, hay motivos para suponer que el centro de estos objetos es un agujero negro supermasivo que atrae la materia circundante. Debido a una atracción gravitacional tan poderosa, la materia atraída se calienta tanto que irradia intensamente. El descubrimiento de tales objetos suele compararse con el descubrimiento de un agujero negro. A veces, los quásares pueden emitir chorros de plasma calentado en dos direcciones: chorros relativistas. Las razones de la aparición de tales chorros no están del todo claras, pero probablemente sean causadas por la interacción de los campos magnéticos del agujero negro y el disco de acreción, y no son emitidas directamente por el agujero negro.
Jet en la galaxia M87 disparado desde el centro del agujero negro
Para resumir lo anterior, podemos imaginar, de cerca: se trata de un objeto negro esférico alrededor del cual gira materia muy caliente, formando un disco de acreción luminoso.
Fusiones y colisiones de agujeros negros.
Uno de los fenómenos más interesantes de la astrofísica es la colisión de agujeros negros, que también permite detectar cuerpos astronómicos tan masivos. Estos procesos no sólo interesan a los astrofísicos, ya que dan lugar a fenómenos poco estudiados por los físicos. El ejemplo más sorprendente es el evento mencionado anteriormente llamado GW150914, cuando dos agujeros negros se acercaron tanto que, como resultado de su atracción gravitacional mutua, se fusionaron en uno solo. Una consecuencia importante de esta colisión fue la aparición de ondas gravitacionales.
Según la definición, las ondas gravitacionales son cambios en el campo gravitacional que se propagan de forma ondulatoria desde objetos masivos en movimiento. Cuando dos de estos objetos se acercan, comienzan a girar alrededor de un centro de gravedad común. A medida que se acercan, aumenta su rotación alrededor de su propio eje. Estas oscilaciones alternas del campo gravitacional pueden formar en algún momento una poderosa onda gravitacional que puede extenderse por el espacio durante millones de años luz. Así, a una distancia de 1.300 millones de años luz, dos agujeros negros colisionaron generando una poderosa onda gravitacional que llegó a la Tierra el 14 de septiembre de 2015 y fue registrada por los detectores LIGO y VIRGO.
¿Cómo mueren los agujeros negros?
Obviamente, para que un agujero negro deje de existir, tendría que perder toda su masa. Sin embargo, según su definición, nada puede salir del agujero negro si ha cruzado su horizonte de sucesos. Se sabe que la posibilidad de emisión de partículas de un agujero negro fue mencionada por primera vez por el físico teórico soviético Vladimir Gribov, en su conversación con otro científico soviético, Yakov Zeldovich. Sostuvo que desde el punto de vista de la mecánica cuántica, un agujero negro es capaz de emitir partículas mediante el efecto túnel. Más tarde, utilizando la mecánica cuántica, el físico teórico inglés Stephen Hawking construyó su propia teoría, ligeramente diferente. Puedes leer más sobre este fenómeno. En pocas palabras, en el vacío existen las llamadas partículas virtuales, que constantemente nacen en pares y se aniquilan entre sí, sin interactuar con el mundo exterior. Pero si tales pares aparecen en el horizonte de sucesos de un agujero negro, entonces hipotéticamente una fuerte gravedad es capaz de separarlos, con una partícula cayendo en el agujero negro y la otra alejándose del agujero negro. Y dado que se puede observar una partícula que sale volando de un agujero y, por lo tanto, tiene energía positiva, entonces una partícula que cae en un agujero debe tener energía negativa. Así, el agujero negro perderá su energía y se producirá un efecto que se denomina evaporación del agujero negro.
Según los modelos existentes de agujero negro, como se mencionó anteriormente, a medida que su masa disminuye, su radiación se vuelve más intensa. Luego, en la etapa final de la existencia del agujero negro, cuando pueda reducirse al tamaño de un agujero negro cuántico, liberará una enorme cantidad de energía en forma de radiación, que podría ser equivalente a miles o incluso millones de energía atómica. bombas Este evento recuerda algo a la explosión de un agujero negro, como la misma bomba. Según los cálculos, los agujeros negros primordiales podrían haber nacido como resultado del Big Bang, y aquellos con una masa de aproximadamente 10 12 kg se habrían evaporado y explotado en nuestra época. Sea como fuere, los astrónomos nunca han notado tales explosiones.
A pesar del mecanismo propuesto por Hawking para destruir los agujeros negros, las propiedades de la radiación de Hawking provocan una paradoja en el marco de la mecánica cuántica. Si un agujero negro absorbe un determinado cuerpo y luego pierde la masa resultante de la absorción de este cuerpo, entonces, independientemente de la naturaleza del cuerpo, el agujero negro no diferirá de lo que era antes de absorber el cuerpo. En este caso, la información sobre el cuerpo se pierde para siempre. Desde el punto de vista de los cálculos teóricos, la transformación del estado puro inicial en el estado mixto (“térmico”) resultante no se corresponde con la teoría actual de la mecánica cuántica. Esta paradoja a veces se denomina desaparición de información en un agujero negro. Nunca se ha encontrado una solución definitiva a esta paradoja. Soluciones conocidas a la paradoja:
- La invalidez de la teoría de Hawking. Esto conlleva la imposibilidad de destruir un agujero negro y su constante crecimiento.
- Presencia de agujeros blancos. En este caso, la información absorbida no desaparece, sino que simplemente se arroja a otro Universo.
- La inconsistencia de la teoría generalmente aceptada de la mecánica cuántica.
Problema sin resolver de la física de los agujeros negros
A juzgar por todo lo descrito anteriormente, los agujeros negros, aunque han sido estudiados durante un tiempo relativamente largo, todavía tienen muchas características cuyos mecanismos aún son desconocidos para los científicos.
- En 1970, un científico inglés formuló el llamado. "El principio de la censura cósmica" - "La naturaleza aborrece la singularidad desnuda". Esto significa que las singularidades se forman sólo en lugares ocultos, como el centro de un agujero negro. Sin embargo, este principio aún no ha sido probado. También hay cálculos teóricos según los cuales puede surgir una singularidad "desnuda".
- Tampoco se ha demostrado el “teorema de la falta de pelo”, según el cual los agujeros negros sólo tienen tres parámetros.
- No se ha desarrollado una teoría completa de la magnetosfera del agujero negro.
- No se han estudiado la naturaleza y la física de la singularidad gravitacional.
- No se sabe con certeza qué sucede en la etapa final de la existencia de un agujero negro y qué queda después de su desintegración cuántica.
Datos interesantes sobre los agujeros negros
Resumiendo lo anterior, podemos destacar varias características interesantes e inusuales de la naturaleza de los agujeros negros:
- Los BH tienen solo tres parámetros: masa, carga eléctrica y momento angular. Debido al número tan pequeño de características de este cuerpo, el teorema que lo establece se llama "teorema sin pelo". De aquí también surgió la frase “un agujero negro no tiene pelo”, lo que significa que dos agujeros negros son absolutamente idénticos, sus tres parámetros mencionados son los mismos.
- La densidad del agujero negro puede ser menor que la densidad del aire y la temperatura es cercana al cero absoluto. De esto podemos suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación de una gran cantidad de materia en un determinado volumen.
- El tiempo pasa mucho más lento para los cuerpos absorbidos por un agujero negro que para un observador externo. Además, los cuerpos absorbidos se estiran significativamente dentro del agujero negro, lo que los científicos llaman espaguetificación.
- Puede haber alrededor de un millón de agujeros negros en nuestra galaxia.
- Probablemente exista un agujero negro supermasivo en el centro de cada galaxia.
- En el futuro, según el modelo teórico, el Universo llegará a la llamada era de los agujeros negros, cuando los agujeros negros se convertirán en los cuerpos dominantes del Universo.
De todos los objetos conocidos por la humanidad que se encuentran en el espacio exterior, los agujeros negros causan la impresión más inquietante e incomprensible. Este sentimiento invade a casi todas las personas cuando se mencionan los agujeros negros, a pesar de que la humanidad los conoce desde hace más de siglo y medio. Los primeros conocimientos sobre estos fenómenos se obtuvieron mucho antes de las publicaciones de Einstein sobre la teoría de la relatividad. Pero no hace mucho se recibió una confirmación real de la existencia de estos objetos.
Por supuesto, los agujeros negros son legítimamente famosos por sus extrañas características físicas, que dan lugar a aún más misterios en el Universo. Desafían fácilmente todas las leyes cósmicas de la física y la mecánica cósmica. Para comprender todos los detalles y principios de la existencia de un fenómeno como un agujero cósmico, debemos familiarizarnos con los avances modernos en astronomía y usar nuestra imaginación, además, tendremos que ir más allá de los conceptos estándar; Para facilitar la comprensión y el conocimiento de los agujeros cósmicos, el portal ha preparado mucha información interesante sobre estos fenómenos en el Universo.
Características de los agujeros negros desde el sitio del portal.
En primer lugar, cabe señalar que los agujeros negros no surgen de la nada, se forman a partir de estrellas de tamaño y masa gigantescas. Además, la característica más importante y la singularidad de cada agujero negro es que tienen una atracción gravitacional muy fuerte. La fuerza de atracción de los objetos hacia un agujero negro supera la segunda velocidad de escape. Estos indicadores de gravedad indican que ni siquiera los rayos de luz pueden escapar del campo de acción de un agujero negro, ya que tienen una velocidad mucho menor.
La peculiaridad de la atracción es que atrae todos los objetos que se encuentran muy cerca. Cuanto más grande sea el objeto que pase en las proximidades del agujero negro, más influencia y atracción recibirá. En consecuencia, podemos concluir que cuanto más grande es el objeto, más fuerte es atraído por el agujero negro y, para evitar tal influencia, el cuerpo cósmico debe tener velocidades de movimiento muy altas.
También es seguro señalar que en todo el Universo no existe ningún cuerpo que pueda evitar la atracción de un agujero negro si se encuentra muy cerca, ya que ni siquiera el flujo de luz más rápido puede escapar de esta influencia. La teoría de la relatividad, desarrollada por Einstein, es excelente para comprender las características de los agujeros negros. Según esta teoría, la gravedad puede influir en el tiempo y distorsionar el espacio. También afirma que cuanto más grande es un objeto situado en el espacio exterior, más ralentiza el tiempo. En las proximidades del propio agujero negro, el tiempo parece detenerse por completo. Si una nave espacial entrara en el campo de acción de un agujero espacial, se observaría cómo se ralentizaría a medida que se acercara y, finalmente, desaparecería por completo.
No hay que tener demasiado miedo ante fenómenos como los agujeros negros y creer en toda la información no científica que pueda existir en este momento. En primer lugar, debemos disipar el mito más común de que los agujeros negros pueden absorber toda la materia y los objetos que los rodean y, a medida que lo hacen, crecen y absorben cada vez más. Nada de esto es del todo cierto. Sí, efectivamente, pueden absorber cuerpos y materia cósmica, pero sólo aquellos que se encuentran a cierta distancia del propio agujero. Aparte de su poderosa gravedad, no se diferencian mucho de las estrellas ordinarias con masa gigantesca. Incluso cuando nuestro Sol se convierta en un agujero negro, sólo podrá absorber objetos situados a corta distancia y todos los planetas seguirán girando en sus órbitas habituales.
Volviendo a la teoría de la relatividad, podemos concluir que todos los objetos con fuerte gravedad pueden influir en la curvatura del tiempo y el espacio. Además, cuanto mayor sea la masa corporal, más fuerte será la distorsión. Así, recientemente, los científicos pudieron comprobar esto en la práctica, cuando pudieron contemplar otros objetos que deberían haber sido inaccesibles a nuestros ojos debido a enormes cuerpos cósmicos como las galaxias o los agujeros negros. Todo esto es posible debido al hecho de que los rayos de luz que pasan cerca de un agujero negro u otro cuerpo se doblan muy fuertemente bajo la influencia de su gravedad. Este tipo de distorsión permite a los científicos mirar mucho más allá del espacio exterior. Pero con tales estudios es muy difícil determinar la ubicación real del cuerpo en estudio.
Los agujeros negros no surgen de la nada; se forman como resultado de la explosión de estrellas supermasivas. Además, para que se forme un agujero negro, la masa de la estrella que explotó debe ser al menos diez veces mayor que la masa del Sol. Cada estrella existe debido a reacciones termonucleares que tienen lugar en su interior. En este caso, durante el proceso de fusión se libera una aleación de hidrógeno, pero no puede salir del área de influencia de la estrella, ya que su gravedad atrae el hidrógeno de regreso. Todo este proceso permite que las estrellas existan. La síntesis de hidrógeno y la gravedad de las estrellas son mecanismos que funcionan bastante bien, pero la alteración de este equilibrio puede provocar una explosión estelar. En la mayoría de los casos, se debe al agotamiento del combustible nuclear.
Dependiendo de la masa de la estrella, son posibles varios escenarios para su desarrollo después de la explosión. Así, las estrellas masivas forman el campo de una explosión de supernova, y la mayoría de ellas permanecen detrás del núcleo de la antigua estrella, los astronautas llaman a estos objetos Enanas Blancas; En la mayoría de los casos, alrededor de estos cuerpos se forma una nube de gas que se mantiene en su lugar gracias a la gravedad del enano. También es posible otro camino para el desarrollo de estrellas supermasivas, en el que el agujero negro resultante atraerá muy fuertemente toda la materia de la estrella hacia su centro, lo que conducirá a su fuerte compresión.
Estos cuerpos comprimidos se llaman estrellas de neutrones. En los casos más raros, después de la explosión de una estrella, es posible la formación de un agujero negro, según nuestra comprensión aceptada de este fenómeno. Pero para que se cree un agujero, la masa de la estrella debe ser sencillamente gigantesca. En este caso, cuando se altera el equilibrio de las reacciones nucleares, la gravedad de la estrella simplemente se vuelve loca. Al mismo tiempo, comienza a colapsar activamente, después de lo cual se convierte en solo un punto en el espacio. En otras palabras, podemos decir que la estrella como objeto físico deja de existir. A pesar de que desaparece, detrás de él se forma un agujero negro con la misma gravedad y masa.
Es el colapso de las estrellas lo que lleva a que desaparezcan por completo y en su lugar se forme un agujero negro con las mismas propiedades físicas que la estrella desaparecida. La única diferencia es el mayor grado de compresión del agujero que el volumen de la estrella. La característica más importante de todos los agujeros negros es su singularidad, que determina su centro. Esta zona desafía todas las leyes de la física, la materia y el espacio, que dejan de existir. Para entender el concepto de singularidad, podemos decir que se trata de una barrera que se llama horizonte de sucesos cósmicos. También es el límite exterior del agujero negro. La singularidad se puede llamar el punto de no retorno, ya que es allí donde comienza a actuar la gigantesca fuerza gravitacional del agujero. Incluso la luz que cruza esta barrera no puede escapar.
El horizonte de sucesos tiene un efecto tan atractivo que atrae a todos los cuerpos a la velocidad de la luz; a medida que uno se acerca al agujero negro, los indicadores de velocidad aumentan aún más. Es por eso que todos los objetos que caen dentro del alcance de esta fuerza están condenados a ser absorbidos por el agujero. Cabe señalar que tales fuerzas son capaces de modificar un cuerpo atrapado por la acción de dicha atracción, después de lo cual se estiran formando una fina cuerda y luego dejan de existir por completo en el espacio.
La distancia entre el horizonte de sucesos y la singularidad puede variar; este espacio se llama radio de Schwarzschild. Por eso, cuanto mayor sea el tamaño del agujero negro, mayor será su radio de acción. Por ejemplo, podemos decir que un agujero negro tan masivo como nuestro Sol tendría un radio de Schwarzschild de tres kilómetros. En consecuencia, los agujeros negros grandes tienen un alcance mayor.
Encontrar agujeros negros es un proceso bastante difícil porque la luz no puede escapar de ellos. Por tanto, la búsqueda y definición se basan únicamente en pruebas indirectas de su existencia. El método más sencillo que utilizan los científicos para encontrarlos es buscarlos encontrando lugares en el espacio oscuro si tienen una gran masa. En la mayoría de los casos, los astrónomos logran encontrar agujeros negros en sistemas estelares binarios o en los centros de galaxias.
La mayoría de los astrónomos tienden a creer que también hay un agujero negro superpoderoso en el centro de nuestra galaxia. Esta afirmación plantea la pregunta: ¿podrá este agujero tragarse todo lo que hay en nuestra galaxia? En realidad esto es imposible, ya que el agujero en sí tiene la misma masa que las estrellas, porque está creado a partir de la estrella. Además, todos los cálculos de los científicos no predicen ningún evento global relacionado con este objeto. Además, durante otros miles de millones de años, los cuerpos cósmicos de nuestra galaxia girarán silenciosamente alrededor de este agujero negro sin ningún cambio. La evidencia de la existencia de un agujero en el centro de la Vía Láctea puede provenir de las ondas de rayos X registradas por los científicos. Y la mayoría de los astrónomos se inclinan a creer que los agujeros negros los emiten activamente en grandes cantidades.
Muy a menudo en nuestra galaxia hay sistemas estelares formados por dos estrellas y, a menudo, una de ellas puede convertirse en un agujero negro. En esta versión, el agujero negro absorbe todos los cuerpos a su paso, mientras que la materia comienza a girar a su alrededor, por lo que se forma el llamado disco de aceleración. Una característica especial es que aumenta la velocidad de rotación y se acerca al centro. Es la materia que cae en medio del agujero negro la que emite rayos X y la materia misma se destruye.
Los sistemas estelares binarios son los primeros candidatos al estatus de agujero negro. En tales sistemas es más fácil encontrar un agujero negro; gracias al volumen de la estrella visible, es posible calcular los indicadores de su hermano invisible. Actualmente, el primer candidato para el estatus de agujero negro puede ser una estrella de la constelación de Cygnus, que emite activamente rayos X.
Concluyendo de todo lo anterior sobre los agujeros negros, podemos decir que no son fenómenos tan peligrosos, por supuesto, en el caso de una gran proximidad, son los objetos más poderosos del espacio exterior debido a la fuerza de la gravedad; Por tanto, podemos decir que no se diferencian especialmente de otros cuerpos; su característica principal es un fuerte campo gravitacional.
Se han propuesto una gran cantidad de teorías sobre el propósito de los agujeros negros, algunas de las cuales eran incluso absurdas. Así, según uno de ellos, los científicos creían que los agujeros negros pueden dar origen a nuevas galaxias. Esta teoría se basa en que nuestro mundo es un lugar bastante favorable para el origen de la vida, pero si uno de los factores cambia, la vida sería imposible. Debido a esto, la singularidad y las peculiaridades de los cambios en las propiedades físicas de los agujeros negros pueden dar lugar a un Universo completamente nuevo, que será significativamente diferente del nuestro. Pero esto es sólo una teoría y bastante débil debido al hecho de que no hay evidencia de tal efecto de los agujeros negros.
En cuanto a los agujeros negros, no sólo pueden absorber materia, sino que también pueden evaporarse. Un fenómeno similar se demostró hace varias décadas. Esta evaporación puede hacer que el agujero negro pierda toda su masa y luego desaparezca por completo.
Todo esto es el más mínimo dato sobre los agujeros negros que puedes encontrar en la web del portal. También disponemos de una enorme cantidad de información interesante sobre otros fenómenos cósmicos.
Fecha de publicación: 27/09/2012La mayoría de la gente tiene una idea vaga o incorrecta de qué son los agujeros negros. Mientras tanto, estos son objetos del Universo tan globales y poderosos, en comparación con los cuales nuestro Planeta y toda nuestra vida no son nada.
Esencia
Se trata de un objeto cósmico con una gravedad tan enorme que absorbe todo lo que cae dentro de sus límites. En esencia, un agujero negro es un objeto que ni siquiera deja salir la luz y curva el espacio-tiempo. Incluso el tiempo avanza más lentamente cerca de los agujeros negros.
De hecho, la existencia de agujeros negros es sólo una teoría (y un poco de práctica). Los científicos tienen suposiciones y experiencia práctica, pero aún no han podido estudiar de cerca los agujeros negros. Por lo tanto, todos los objetos que se ajustan a esta descripción se denominan convencionalmente agujeros negros. Los agujeros negros han sido poco estudiados y, por tanto, quedan muchas preguntas sin resolver.
Cualquier agujero negro tiene un horizonte de sucesos, ese límite tras el cual nada puede escapar. Además, cuanto más cerca está un objeto de un agujero negro, más lento se mueve.
Educación
Existen varios tipos y métodos de formación de agujeros negros:
- la formación de agujeros negros como resultado de la formación del Universo. Estos agujeros negros aparecieron inmediatamente después del Big Bang.
- estrellas moribundas. Cuando una estrella pierde su energía y se detienen las reacciones termonucleares, la estrella comienza a encogerse. Dependiendo del grado de compresión se distinguen las estrellas de neutrones, las enanas blancas y, de hecho, los agujeros negros.
- obtenido a través del experimento. Por ejemplo, se puede crear un agujero negro cuántico en un colisionador.
Versiones
Muchos científicos se inclinan a creer que los agujeros negros expulsan toda la materia absorbida a otra parte. Aquellos. debe haber “agujeros blancos” que operen según un principio diferente. Si puedes entrar en un agujero negro, pero no puedes salir, entonces, por el contrario, no puedes entrar en un agujero blanco. El principal argumento de los científicos son las fuertes y poderosas explosiones de energía que se registran en el espacio.
Los defensores de la teoría de cuerdas generalmente crearon su propio modelo de agujero negro, que no destruye información. Su teoría se llama "Fuzzball" y permite responder preguntas relacionadas con la singularidad y la desaparición de la información.
¿Qué es la singularidad y desaparición de la información? Una singularidad es un punto en el espacio caracterizado por una presión y densidad infinitas. Mucha gente se siente confundida por el hecho de la singularidad, porque los físicos no pueden trabajar con números infinitos. Muchos están seguros de que existe una singularidad en un agujero negro, pero sus propiedades se describen de manera muy superficial.
En términos simples, todos los problemas y malentendidos surgen de la relación entre la mecánica cuántica y la gravedad. Hasta ahora, los científicos no pueden crear una teoría que los una. Y es por eso que surgen los problemas con un agujero negro. Después de todo, un agujero negro parece destruir información, pero al mismo tiempo se violan los fundamentos de la mecánica cuántica. Aunque recientemente S. Hawking pareció haber resuelto este problema afirmando que la información en los agujeros negros no se destruye.
Estereotipos
En primer lugar, los agujeros negros no pueden existir indefinidamente. Y todo gracias a la evaporación de Hawking. Por tanto, no hay necesidad de pensar que los agujeros negros tarde o temprano se tragarán el Universo.
En segundo lugar, nuestro Sol no se convertirá en un agujero negro. Ya que la masa de nuestra estrella no será suficiente. Es más probable que nuestro sol se convierta en una enana blanca (y eso no es un hecho).
En tercer lugar, el Gran Colisionador de Hadrones no destruirá nuestra Tierra creando un agujero negro. Incluso si crean deliberadamente un agujero negro y lo "liberan", debido a su pequeño tamaño, consumirá nuestro planeta durante mucho, mucho tiempo.
En cuarto lugar, no es necesario pensar que un agujero negro es un "agujero" en el espacio. Un agujero negro es un objeto esférico. De ahí la mayoría de las opiniones de que los agujeros negros conducen a un universo paralelo. Sin embargo, este hecho aún no ha sido probado.
En quinto lugar, un agujero negro no tiene color. Se detecta mediante radiación de rayos X o en el contexto de otras galaxias y estrellas (efecto lente).
Debido al hecho de que la gente a menudo confunde los agujeros negros con los agujeros de gusano (que realmente existen), estos conceptos no se distinguen entre la gente común. Un agujero de gusano realmente permite moverse en el espacio y el tiempo, pero hasta ahora sólo en teoría.
Cosas complejas en términos simples
Es difícil describir un fenómeno como un agujero negro en un lenguaje sencillo. Si te consideras un técnico versado en las ciencias exactas, te aconsejo que leas directamente los trabajos de los científicos. Si desea obtener más información sobre este fenómeno, lea las obras de Stephen Hawking. Hizo mucho por la ciencia, y especialmente en el campo de los agujeros negros. La evaporación de los agujeros negros lleva su nombre. Es partidario del enfoque pedagógico y, por lo tanto, todas sus obras serán comprensibles incluso para el ciudadano medio.
Libros:
- “Agujeros negros y universos jóvenes” 1993.
- “El mundo en pocas palabras 2001”.
- “La Breve Historia del Universo 2005”.
Especialmente quiero recomendar sus películas de divulgación científica, que le hablarán en un lenguaje claro no solo sobre los agujeros negros, sino también sobre el Universo en general:
- “El Universo de Stephen Hawking”: una serie de 6 episodios.
- "En lo profundo del universo con Stephen Hawking" - una serie de 3 episodios.
Todas estas películas han sido traducidas al ruso y suelen proyectarse en los canales Discovery.
¡Gracias por su atención!
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