Agujeros Negros PDF

Curso de Observador Astronómico. Trabajo Final. Tema nº 09:”Agujeros negros.” (Formato: ensayo)

Profesor: Raúl Roberto Podestá. Director del Observatorio Astronómico Nova Persei II  Alumna: Darma Emilse Rodríguez . Lugar y fecha: Formosa. Argentina. Julio de 2009.

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-Índice: -Portada-carátula ..................................................................................página 01. -Índice ............................ ......................................................................página 02. -Prólogo…………………………………………………………………… pagina 03. -Qué son los agujeros negros? ............................................................página 04. -Cómo se forman? ................................................................................página 04. -Forma y tamaño de los agujeros negros .............................................página 05. -Tamaño de los agujeros negros ………………………………………….Página 05. -Lugar que ocupan ...............................................................................página 05. -Clasificación -Clasificación teórica de los agujeros negros .......................... ............ ........................... ..............página .página 06. -¿En dónde se encuentran los agujeros negros? ......................... ............ .....................página ........página 06. -¿Cómo se detectan? ...........................................................................página 06. -Entropía de los agujeros negros .......................... ............. .......................... .......................... ...................página ......página 07. -Los agujeros negros en la física f ísica actual......................... ............ .......................... .......................página ..........página 07. -Un poco de historia ..............................................................................página 08. -Descubrimie -Descubrimientos ntos recientes.......................... ............. .......................... .......................... ........................... ...............página .página 08. -Chorros de plasma ..............................................................................página 08. -Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros .....................página ............. ........página 09 -Detectando agujeros negros................................................................página 09 -Apreciación final ..................................................................................página 10. -Bibliografía y fuentes de referencia referencia consultadas ................................ .................. ...............página .página 11. -Anexo Imágenes. (Carátula- separador)......................... ............ .......................... .....................página ........página 12. -Chandra 1 y Chandra 2 (imágenes-fotografías) (imágenes-fotografías)......................... ............ .......................página ..........página 13. -Chandra 3 y Chandra 4 (imágenes-fotografías) (imágenes-fotografías)......................... ............ .......................página ..........página 14. -Chandra 5 (imagen-fotografía) ............................................................página 15. -Créditos de las fotografías del Anexo Imágenes Imágenes ......................... ............ .....................página ........página 16. -Agradecimientos ..................................................................................página 17.

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Prólogo. -El Curso de Observador Astronómico, nos abrió una inmensa ventana por la cual pudimos atisbar con asombro el maravilloso universo del cual formamos una pequeña parte. -Personalmente me asomé con la curiosidad de una niña y el anhelo adulto de aprender cosas nuevas. -Me maravilló la inmensidad del cosmos, vi estrellas bellísimas, nebulosas enormes, galaxias inmensas; en fin, tantas realidades latentes e ignoradas por el común de las personas. -Me impactó la existencia de los Agujeros Negros, por su enorme fuerza, por el halo de misterio que los rodea y porque su interior continúa siendo para los estudiosos un signo de pregunta suspendido en el espacio.

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¿Qué son los agujeros negros? -Al parecer, los agujeros negros son vórtices, remolinos de energía que atraen y literalmente devoran  a los cuerpos que se les acercan. Estos al poseer una gran concentración de masa y una enorme gravedad, actúan como imanes.

-¿Cómo se forman? -Se cree que se forman a partir de estrellas moribundas, las que luego de un proceso natural, acumulan una gran concentración de masa, en un radio mínimo, de manera que la velocidad de escape de una estrella es mayor que la velocidad de la luz. -A partir de lo cual; la ex estrella no permite que nada escape a su campo gravitatorio, ni siquiera la luz. -La información nos dice que las estrellas se forman a partir de grandes concentraciones de gases, principalmente hidrógeno. -Por efectos gravitatorios, los átomos que conforman estos gases, colapsan entre sí, contrayéndose y generando un calentamiento que desencadena reacciones, tales como la transformación de moléculas de hidrógeno en helio. -Estas reacciones producen emanaciones de energía, que les dan a las estrellas la luminosidad característica. -Durante el tiempo que toma el proceso de contracción de los átomos, la estrella sigue acumulando más gases y crece en tamaño. -Este crecimiento fue estudiado por Subrahmanyan Chandrasekhar, quien dedujo el tamaño máximo que una estrella puede alcanzar, antes de consumir su combustible natural. -Descubrió el límite, por así decirlo; hasta el cual una estrella puede crecer, de manera que su masa sea tal que no soporte su gravedad y se derrumbe sobre  sí misma . - Chandrasekhar calculó matemáticamente que la masa crítica de una estrella sería 1,5 veces la masa del sol, a esa masa se la denominó: “Límite de Chandrasekhar.”

-Recién en 1939 Chandrasekhar logró explicar qué sucedería con una estrella cuya masa fuera mayor al límite. Esa estrella tendría un campo gravitatorio tan fuerte que los rayos de luz emanados se irradiarían a la superficie y poco a poco (como un boomerang) se inclinarían con mayor fuerza hacia la misma estrella de la cual emanaron. Página 4 de 17

-Cuando ésta alcanza un radio crítico, el campo gravitatorio crece tanto que llega a atrapar la luz dentro de sí misma. En ese momento; se cree que es cuando nace un agujero negro.

-Forma y tamaño de los agujeros negros: -Con respecto a la forma se han realizado diversos estudios, así, por ejemplo: en 1963 Roy Kerr demostró que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones todos los agujeros negros deberían ser casi esféricos; apoyándose en tres parámetros: su masa, su carga eléctrica y su momento angular. -Posteriormente en 1970 se expusieron varias teorías sobre la geometría de los mismos. -Considerando que la curvatura del espacio-tiempo, o gravedad; origina una superficie cerrada llamada “Horizonte de Sucesos”, que separa la región del agujero negro del resto del universo, límite a partir del cual ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz.

-Tamaño de los agujeros negros: -Al parecer, resulta imposible medir  el tamaño de los agujeros negros. Sólo puede tomarse en cuenta el espacio que ocupan en el universo y la masa que poseen. -La masa no tiene límites conocidos, pero se puede deducir, que dado que éstos se forman a partir de la muerte de una gran estrella, debería de existir un límite máximo del peso del agujero, que sería igual al peso máximo de la masa de la estrella (unas 10 veces la masa de nuestro sol)

-Lugar que ocupan: -Con respecto al lugar que ocupan, se debe considerar como parámetro principal una variable matemática denominada el Radio de Schwarzchild, que es el radio del horizonte de sucesos que comprende al agujero negro. -Los científicos hallaron una relación directa entre la masa y el espacio ocupado por un agujero negro, esto significa que; si el agujero es diez veces más pesado que cualquier estrella, ocupará un espacio diez veces mayor que el ocupado por la estrella.

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-Clasificación teórica de los agujeros negros: -Según su origen pueden existir al menos tres t res clases de agujeros negros: 1. Agujeros negros primordiales: Son aquellos que supuestamente supuestamente fueron creados temprano en la historia del universo. 2. Según su masa: se clasifican en en -a) Agujeros negros Supermasivos: con masa de varios millones de soles, se hallarían en el corazón de muchas galaxias. -b) Agujeros negros de masa estelar: se forman cuando una estrella de masa de 2,5 veces mayor que la masa del sol, se convierte en supernova e implosiona; su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño, y cada vez se reduce más. 3. Mini-agujeros negros: son objetos hipotéticos; más pequeños que los estelares y tienden a evaporarse en períodos relativamente r elativamente cortos. - Según su momento angular: a su vez se clasifican en: -a) Un agujero negro sin carga y sin momento angular es un agujero de Schwarzschild. -b) Un agujero negro rotatorio (con momento angular mayor a 0) se denomina Agujero de Kerr.

¿En dónde se encuentran los agujeros negros? -Se supone que en todas las galaxias hay agujeros negros.

¿Cómo se detectan? -No existen registros de que hayan podido ser detectados por telescopios comunes, solo por telescopios espaciales y por medidores de rayos X. -Hasta el momento es imposible describir lo que ocurre en el interior de un agujero negro, sólo es posible observar y suponer sus efectos sobre la materia y la energía en las zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos; y la ergósfera.

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-Entropía de los agujeros negros : -Uno de los aspectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro, es la aparente capacidad para disminuir la entropía del universo. -Esto violaría fundamentos de la Termodinámica, ya que en toda materia y energía electromagnética el horizonte de sucesos tienen asociados un nivel de entropía. -Stephen Hawking propone, que de la única forma en que no aumente la entropía, sería que la información, de todo lo que atraviese el horizonte de sucesos, siga existiendo de alguna forma. -Según Hawking, se viola el 2do Principio de la Termodinámica, lo que dio orígen a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo y agujeros de gusano. -Actualmente Hawking se ha retractado de su teoría inicial, admitiendo que; la entropía de la materia se conserva en el interior de un agujero negro. -Acotando que pese a la imposibilidad física de escape de un agujero negro, éste puede terminar evaporándose por la llamada “Radiación de Hawking”; una

fuente de rayos X, que escapa al horizonte de sucesos. -Este notable físico, entrega a los estudiosos, los elementos matemáticos para comprender que los agujeros negros poseen una entropía gravitacional intrínseca.

-Los agujeros negros en la física actual: -Se explican los fenómenos físicos, por medio de dos teorías, que aparentemente se contradicen: la Mecánica Cuántica y la Relatividad. -La Mecánica Cuántica explica la naturaleza de lo muy pequeño , en donde predomina el caos. -La Relatividad General explica la naturaleza de lo muy pesado , afirmando que; en todo momento se puede saber con exactitud dónde está un cuerpo. -Ambas teorías están experimentalmente confirmadas. -Para tratar de explicar la naturaleza de un agujero negro es necesario distinguir si se aplica la Cuántica; por ser algo muy pequeño, o la Relatividad; por ser algo tan pesado. -Con seguridad, cuando se avance más en el campo de la Física, se logrará explicar la naturaleza de este fenómeno. Página 7 de 17

-Un poco de Historia: -La curiosidad que despiertan los agujeros negros, no es nueva y ha inquietado a los estudiosos desde hace mucho tiempo. -Se cree que las primeras discusiones sobre su existencia datan del siglo XVIII y se las atribuyen al físico francés Pierre Laplace y al filósofo inglés Johan Michell. -El tiempo no ha transcurrido en vano y los hombres de ciencia han seguido apuntando los telescopios al espacio, tratando de confirmar su presencia.

-Descubrimientos recientes: -En 1995 un equipo de investigadores de la UCLA (Universidad de California, Los Angeles) dirigido por Andrea Chez, mediante simulación por ordenadores, consideró la posibilidad de que existan agujeros negros en el núcleo de las galaxias. -Estos cálculos permitieron observar, mediante el sistema de óptica adaptable, que algo deformaba los rayos de luz emitidos desde el centro de nuestra galaxia, y que tal deformación se debía, a un invisible agujero negro supermasivo, al que llamaron Sagitarius A; suponiendo que posee una masa de 4,5 millones de veces mayor que que la del sol. -En diciembre de 2008 un equipo del Instituto Max Plank, dirigido por Reinhard Genzel, confirma la existencia de dicho agujero, en el centro de la Vía Láctea; calculándosele una masa de 4 millones de soles, a una distancia de 27.000 años luz de la Tierra.

Chorros de Plasma: - Chorros -En abril del 2008, la revista Natura, publicó un estudio realizado por la Universidad de Boston bajo la dirección de Alan Marscher, que explica cómo, chorros de plasma parten de campos magnéticos ubicados cerca del borde de los agujeros negros. -En zonas puntuales de estos campos magnéticos los chorros de plasma son orientados y acelerados a velocidades cercanas a C.(la velocidad de la luz) Cuando estos chorros son observables desde la Tierra, este tipo de agujero negro, entra en la categoría de blazar .

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-Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros: -Se piensa que nuevas estrellas podrían formarse a partir de los discos elípticos que rodean a los agujeros negros. -Estos discos se producen por antiguas nubes de gas desintegradas por los mismos agujeros. Las estrellas producidas por condensación o acreación de tales discos, al parecer tienen órbitas muy elípticas en torno a los agujeros negros supermasivos.

-Detectando agujeros negros: -Sólo es posible detectar agujeros negros con telescopios espaciales como el Hubble, lanzado al espacio por la NASA, hace casi 20 años. -También por medios de observatorios espaciales de rayos X, como el Chandra. (Chandra X-Ray Observatory) puesto en órbita por la NASA hace más de dos años. -Con respecto al Hubble, podemos decir que se ha convertido en el instrumento científico más popular del mundo. Gracias a él, nos ha sido posible observar el cosmos, deleitarnos y asombrarnos con sus maravillas, y conocer realidades que ni siquiera imaginábamos; como los agujeros negros. -Este telescopio robótico, símbolo de la ciencia actual, debe su nombre a Edwin Hubble; descubridor de la expansión del universo. -Este maravilloso instrumento ha estado trabajando sin prisa y sin pausa , y aun sigue haciéndolo. -El Hubble fue usado por los científicos para observar la serie de colisiones de los fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9 ; que se desintegrara contra la atmósfera superior del planeta Júpiter en 1994. -Capturó imágenes de estrellas moribundas, de discos planetarios en la nebulosa de Orión, y en otras otr as regiones en donde se forman estrellas. -Mediante su uso, los científicos pudieron observar los agujeros negros, en fin; la lista de lo que éste telescopio ha captado, es más que extensa y sigue trabajando. -Hay quienes dicen que puede ser visto en noches serenas, paseando por el espacio y emitiendo un suave parpadeo de luz. -Sin embargo, el fin de su tiempo de vida útil está cercano, mas no está solo en el espacio; lo acompañan el telescopio espacial Spitzer , que detecta la luz infrarroja de longitud de onda larga, y el observatorio de rayos X Chandra . Página 9 de 17

-Se cree que pronto llegará el telescopio espacial James Webb , un gigante, programado para ponerlo en órbita en el 2013, a 1,5 millones de km de altura. -El Webb  capturará la luz infrarroja con un espejo de más de seis metros de diámetro, protegido de los rayos solares por una inmensa sombrilla. -Para finalizar; sobre el tema diré, que los maravillosos telescopios espaciales, nos han traído el universo a casa , en la pantalla de nuestros televisores y computadoras.

-Apreciación final: -Elaborar este breve trabajo, me permitió conocer un poco más el Universo en general, y sus Leyes, el orden o rden dentro del aparente caos cósmico, y comprender que; nuestra casa la Tierra, es sólo un grano de arena en el inmenso océano de la creación.

Darma Emilse Rodríguez. Formosa. Argentina. Agosto de 2009.

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Bibliografía v fuentes de referencia consultadas: 

Descifrando los cielos. Artículo escrito porTimothy Ferris para la revista National Geographic, edición en español, versión digital en:

http..//ngenespanol.com/2007/10/31/el-hubblehttp..//ngenespanol.c om/2007/10/31/el-hubble-nuevas-imagen nuevas-imagenes/ es/ 

Bocadillos de los agujeros negros. Artículo publicado en

http://www.adn.es/tecnologia 

¿Qué es un agujero negro?. Articulo publicado en:

http://www.astronomia.com/astronomia/ne http://www.astron omia.com/astronomia/negroagujero.ht groagujero.htm m 

Enciclopedia digital Wikipedia.

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro 

Enciclopedia digital Cosmopedia:

http://www.cosmopediaonline.com

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Anexo: Imágenes 

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-Créditos de fotografías del Anexo Imágenes:

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Chandra 1:

http://www.adn.es/tecnologia/20080416/IMA-2992-Chandra-lmagen-telescopio

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Chandra 2:

http://ciencia.nasa.gov/headlines/lmages/bhflare/0204fIare_xray_red_med.jpg



Chandra 3:

http:www.elpais.com/recorte/20070909elpepusoc_1/XLCO/les/montruo_centro_galaxia.jpg



Chandra 4:

http://apod/nasa.gov/apod/lmage/0806/m81_composite.jpg 

Chandra 5:

http://bIackholes.stardate.org/images/g0139MedRes.jpg

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Agradecimientos: -Al Dr. Podestá: Profesor Pr ofesor entrañable, quien con paciencia nos guio y supo tolerar nuestras falencias. -A mis hijos: Romina y Sergio; por acompañarme en la aventura  de los agujeros negros, buscando y bajando de internet información valiosa.

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