martes, 23 de octubre del 2018 Fecha
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Misteriosos agujeros negros en el centro galáctico

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Agujeros negros    ~    Comentarios Comments (4)

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Imagen del centro de la Vía Láctea, donde reside un agujero negro supermasivo y se acumulan estrellas, polvo y gas

Imagen del centro de la Vía Láctea, donde reside un agujero negro supermasivo y se acumulan estrellas, polvo y gas – Bruno Gilli/ESO

NATURE

Detectan 10.000 agujeros negros en el centro de la Vía Láctea

 

El hallazgo de 12 agujeros negros binarios confirma que en el núcleo galáctico hay decenas de miles de agujeros negros invisibles. Esto refuerza una importante teoría sobre la evolución de las galaxias

 

 

 

Un grupo de astrónomos de la Universidad de Columbia (EE.UU.) ha detectado la presencia de 12 agujeros negros cerca del centro de la Vía Láctea, a su vez un agujero negro supermasivo llamado «Sagitario A*» («Sgr A*», para abreviar). El hallazgo, logrado gracias a una nueva forma de observación en rayos X, apoya la hipótesis de que en torno al núcleo galáctico se arremolinan entre 10.000 a 20.000 agujeros negros pequeños o medianos.

«Hemos confirmado una predicción fundamental de la teoría galáctica: que debe existir un gran número de agujeros negros concentrados en el parsec (cerca de tres años luz) central de la Vía Láctea», explica a ABC Chuck Hailey, director de la investigación y co-director del Laboratorio de Astrofísica de la Universidad de Columbia.

«Sagitario A*» es un oscuro pozo situado a 26.000 años luz de la Tierra. Se trata de una concentración de masa, situada más allá de la comprensión de la Relatividad, que equivale a 4,3 millones de soles. Toda está concentrada en un volumen relativamente pequeño, a nivel galáctico: su tamaño le permitiría encajar holgadamente dentro del Sistema Solar puesto que tiene, según algunos autores, un radio de unos 6,25 horas luz. Para hacerse una idea, si lo colocáramos en la posición que ocupa el Sol, la frontera de «Sagitario A*» llegaría un poco más allá de Plutón.

Representación de la nube de polvo y gas que rodea a «Sagitario A*» (en el centro). Allí hay 12 parejas de agujeros negros y estrellas. Los primeros se alimentan del gas de estas y emiten rayos X que se pueden detectar para inferir cuántos agujeros negros en total hay cerca del centro de la Vía Láctea

 

 

Representación de la nube de polvo y gas que rodea a «Sagitario A*» (en el centro). Allí hay 12 parejas de agujeros negros y estrellas. Los primeros se alimentan del gas de estas y emiten rayos X que se pueden detectar para inferir cuántos agujeros negros en total hay cerca del centro de la Vía Láctea-Columbia University

 

Lo interesante en este caso es que en torno a «Sgr A*» se arremolina un importante halo de gas y polvo. Desde que la Vía Láctea comenzó a formarse, momento en el que también comenzó a formarse «Sagitario A*», este gas y este polvo estuvieron tan concentrados que se convirtieron en el combustible idóneo para la formación de grandes estrellas. Estas estrellas nacieron, vivieron y murieron, y eran tan pesadas, que sus cadáveres colapsaron y se transformaron en agujeros negros. Al menos en teoría.

Los agujeros invisibles

 

Durante más de dos décadas los astrofísicos han buscado pruebas de la presencia de todos los agujeros negros que deberían haberse creado cerca de «Sgr A*». No ha sido una tarea fácil porque la mayoría de los agujeros negros están aislados y no emiten ninguna luz: son realmente oscuros e invisibles. Pero, ¿por qué se buscan? El motivo fundamental es que detectarlos permitiría confirmar las teorías sobre cómo se formaron la Vía Láctea y todas las otras galaxias, mucho más lejanas y, por tanto, inaccesibles.

Imagen del centro de la Vía Láctea. Los puntos rojos emiten rayos X y son agujeros negros

Imagen del centro de la Vía Láctea. Los puntos rojos emiten rayos X y son agujeros negros-Nature y Hailey, et. al.

«Apenas hay cinco docenas de agujeros negros conocidos en toda la galaxia, que mide 100.000 años luz, y se supone que debe de haber 10.000 o 20.000 de esas cosas en una región –el centro galáctico, cerca de “Sgr A*»– que apenas mide seis años luz, y que nadie ha podido encontrar», dice Chuck Hailey.

Se ha intentado muchas veces, pero hasta ahora no se han encontrado pruebas sólidas de que allí hubiera un «enjambre» de agujeros negros. Así que los astrofísicos han tenido que ingeniárselas para buscar una forma de detectar a estos fantasmas.

Las parejas de agujeros y estrellas

 

 

Resultado de imagen de Un agujero negro engulle a la estrella vecinaResultado de imagen de Un agujero negro engulle a la estrella vecina

 

 

 

La forma ha sido buscar a la fracción de estos agujeros que en el pasado capturaron a una estrella vecina, y quedaron convertidos así en sistemas binarios. Según dice Hailey, cuando eso ocurre a veces pasa que el agujero negro roba gas de la estrella compañera y comienza a «tragárselo». Esto libera rayos X de forma constante que se pueden captar desde la Tierra, pero con una tecnología solo disponible ahora.

«Si podemos detectar agujeros negros acoplados a estrellas de baja masa –son estas parejas los que emiten los rayos X que se han detectado ahora– y conocemos qué proporción de los agujeros negros estarán en estas parejas, podemos inferir de forma científica cuál es la población de agujeros negros aislados ahí fuera», resume Hailey.

¿Cómo saben cuántos agujeros aislados hay por cada pareja? Según reconoce Hailey, para responder a eso solo se puede recurrir a una teoría, basada en observaciones, que dice que por cada 100 agujeros negros, cinco forman sistemas binarios que emiten rayos X. Pero, incide: «No creo que el número preciso sea muy importante. Lo que importa es la diferencia entre “no tenemos ni idea” y un número grande». Según el astrofísico, tanto si hubiera 1.000 como 5.000 se trataría de un resultado muy interesante.

Imagen relacionada

Los investigadores recurrieron a los datos captados por el telescopio espacial de rayos X Chandra, en busca de las huellas características de los agujeros negros emparejados con estrellas de baja masa. Así encontraron 12 de estos sistemas binarios en una distancia de tres años luz de «Sgr A*». Después, analizaron las propiedades y la distribución de estos objetos e hicieron unas extrapolaciones según las cuales debe de haber de 300 a 500 agujeros negros de ese tipo y 10.000 agujeros negros solitarios en torno a «Sagitario A*».

«Probablemente hay agujeros negros de todas las edades. Algunos podrían haberse formado hace decenas de miles de millones de años, y otros apenas tener decenas de millones de años», dice Hailey.

La Vía Láctea, una más entre las galaxias

 

 

Resultado de imagen de Cúmulo de galaxias

 

 

Sea como sea, lo cierto es que estos hallazgos confirman una hipótesis que desde hace dos décadas es clave para comprender el origen de la Vía Láctea y la evolución de las otras galaxias. «La Vía Láctea es una galaxia normal y corriente, así que encontrar todos esos agujeros negros dentro de ella nos dice que la mayoría de las galaxias también rebosan con grandes números de agujeros negros, lo que es bastante bueno».

Una de las consecuencias prácticas, aparte de lo interesante que es comprender de dónde venimos, es que si existen todos esos objetos en el núcleo de las galaxias, en teoría deberíamos captar el «ruido» que producen en forma de ondas gravitacionales. ¿Será así? ¿Qué aprenderemos sobre los centros y las historias de las galaxias en las próximas décadas

ABC-CIENCIA

 

  1. 1
    Pedro
    el 16 de mayo del 2018 a las 6:33

    Acerca de AN, resulta que si hay particulas que superan la velocidad de la luz ,hay está la radiación de Hawking. De hay se evaporen. Si las fluctuaciones crean pares de partículas y antipartículas, unas a la merced del interior y otras hacia su exterior. Por tanto su velocidad de escape mayor de la luz.Dentro del agujero las fluctuaciones también intervienen, así como en el horizonte.

    Responder
    • 1.1
      emiliosilvera
      el 16 de mayo del 2018 a las 7:50

      Sibre el tema la explicac ión que se nos da es la siguiente:
      Proceso de emisión
      Un agujero negro emite radiación de Hawking termalizada, según una distribución idéntica a la del cuerpo negro correspondiente a una temperatura T H {\displaystyle T_{H}} . La cual, expresada en términos de las unidades de Planck, resulta ser:

      (1a) T H = α H 2 π {\displaystyle T_{H}={\frac {\alpha _{H}}{2\pi }}}

      Donde α H {\displaystyle \alpha _{H}\,} es un parámetro relacionado con la gravedad en la superficie del horizonte. Análogamente, un observador de Rindler con una aceleración uniforme percibe a su alrededor una radiación termalizada asociada a una temperatura de cuerpo negro:

      (2a) T R = α R 2 π {\displaystyle T_{R}={\frac {\alpha _{R}}{2\pi }}}

      Donde α R {\displaystyle \alpha _{R}\,} es la aceleración en unidades de Planck, obviamente la expresión (1a) y (2a) resultan formalmente idénticas expresadas en unidades de Planck.
      Si reescribimos las dos ecuaciones anteriores en unidades convencionales, la radiación de Hawking para un agujero Schwarzschild y la radiación de Unruh para un observador acelerado son:

      T H = ℏ c 3 8 π G M k , T R = ℏ a 2 π c k {\displaystyle T_{H}={\hbar \,c^{3} \over 8\pi GMk},\qquad T_{R}={\frac {\hbar a}{2\pi ck}}}

      donde:
      ℏ {\displaystyle \hbar } , es la constante reducida de Planck.c es la velocidad de la luzk es la constante de BoltzmannG la constante gravitacionalM es la masa de un agujero negro.a es la aceleración del observador de Rindler.
      Aplicando las ecuaciones anteriores al caso solar, si éste se llegara a convertir en un agujero negro, tendría una temperatura de radiación de tan sólo 60 nK (nanokelvin). Esta temperatura de radiación es notablemente inferior a la temperatura debida a la radiación de fondo de microondas, que es superior a los 2.7 K, por lo que si existe la radiación de Hawking, ésta podría ser indetectable.

      Responder
  2. 2
    Pedro
    el 16 de mayo del 2018 a las 6:42

    Una de las preguntas que nunca falta cuando hablo sobre agujeros negros versa sobre la posibilidad de que un agujero negro tenga carga eléctrica. Parece ser que resulta incómodo que esos bichos, los tragadores universales, los que no dejan nada salir de su interior, puedan presentarse cargados y que encima nosotros, desde fuera, podamos determinar esta carga.
    La intención de esta entrada es la de dar una respuesta definitiva a ese “problema”. Lo primero que haremos será presentar el punto complicado, eso de que los agujeros tienen a la carga eléctrica como una de sus características definitorias. Luego nos plantearemos qué tiene de especial la carga. Para finalizar, mostraremos que el “problema”, no es tal problema desde ninguno de los puntos de vista que se nos ocurra. Y como coda, que yo soy mucho de las codas, os dejaré una pregunta.
    Me lo disfruten.
    Agujeros Negros Calvos
    Hawking, Stephen; Penrose, Roger (1996). The Nature of Space and Time. Princeton University Press. p. vii. ISBN 9780691145709.
    Lo fundamental aquí es grabar a fuego en nuestras meninges la siguiente afirmación:

    Los agujeros negros no tienen pelo

    ¿Qué diablos quiere decir eso? Bueno, no es tan complicado. Tome cualquier agrupación de materia y energía y comprímala hasta que se forme un bonito agujero negro.
    Resulta que en este proceso todas las características de los sistemas de partida iniciales se olvidan salvo tres factores. A saber:

    La masa.
    La cantidad de giro o momento angular.
    La carga eléctrica.

    No lo digo yo, lo dice un teorema.
    Es decir, que si nos dan dos o más agujeros negros con la misma masa, el mismo momento angular y la misma carga eléctrica no podremos decir a qué situación inicial corresponden cada uno de esos agujeros. Por lo tanto, dichos agujeros serían indistinguibles totalmente, da igual si se han formado con estrellas, tortugas o burritos picantes.
    Y de esas tres magnitudes la que presenta un problema gordo, según mi experiencia, es la carga eléctrica. Podemos vivir con que los agujeros negros tengan masa. Incluso parece que se acepta bien que los agujeros negros estén girando. Pero lo que no aceptamos fácilmente es que los agujeros negros tengan carga.
    Según entiendo, la masa la aceptamos porque… Bueno porque si no tenemos masa básicamente nos quedamos sin nada. Para mí está ok.
    El giro lo aceptamos porque llegamos a imaginar al agujero negro como una bola, sí, como una canica, que es capaz de rotar en el espacio.
    La carga supone un problema porque para detectar una carga hemos de detectar un campo eléctrico. Y ahí está la clave de lo que nos incomoda. Si de un agujero negro no sale nada, ¿cómo es posible que genere un campo eléctrico hacia el exterior? (El remarcado es mío).
    A poco que lo pensemos, debería de resultarnos tan extraño que un agujero negro tenga masa y produzca campo gravitatorio como que tenga carga y produzca campo eléctrico en el exterior. Ni que decir tiene que un agujero negro girando nos debería de parecer horripilante. Con esto dicho podríamos acabar la charla y que cada uno lidie con sus propios miedos y recelos sobre este tema… Pero no, aquí no se hacen las cosas así, aquí dejamos las cosas bien explicaditas.
    ¿Seguimos?

    (Si sigues es bajo tu propia responsabilidad)
    La carga eléctrica
    La carga eléctrica es la propiedad de las partículas que les permite generar y sentir campo eléctrico (si están en movimiento crean y siente campo magnético). Como es de sobra sabido, estas cargas se pueden presentar en dos versiones que hemos convenido en llamar positiva y negativa. Los nombres no indican mucho, y además, están puestos al revés de lo que deberían (ya te cuento esto otro día cuando escribamos una entrada sobre nombres de mierda de magnitudes físicas).
    El caso es que si tenemos cargas eléctricas están crean en el espacio que las contiene una característica asociada a cada punto de dicho espacio, el campo eléctrico. Los campos los solemos representar por líneas de campo que indican, hablando mal y pronto, cómo se movería una carga pequeñita de signo positivo en presencia de la carga que estemos estudiando. Así, las líneas de campo generadas por cargas positivas salen de la carga y las generadas por cargas negativas entran en ella. Esto es del cole.

    La cuestión esencial acerca de las cargas eléctricas es una que vino de la mano del príncipe de las matemáticas, el señor Gauss.

     
    Permitidme, (es solo un requerimiento retórico como comprenderéis), que traduzca el resultado de Gauss relevante para las cargas eléctricas a un lenguaje llano. Veréis que la idea es preciosa y os puedo asegurar que su implementación matemática es aún más aunque no entraremos de lleno en ella.
    Resulta que nosotros sabemos que hay una carga eléctrica en una región del espaciotiempo porque dicho espacio adquiere una característica que no es más que si soltamos otra carga esta sufrirá una determinada fuerza, atractiva o repulsiva según los signos relativos de las cargas. Esa característica que es otorgada al espacio es eso que llamamos campo eléctrico. Y esto ha de quedar claro:

    El campo eléctrico es una característica que adquiere el espacio cuando hay cargas eléctricas en su seno.

    Este campo, como ya hemos discutido, se representa por eso que se llaman líneas de campo, así que si tenemos una carga eléctrica tendremos líneas de campo y viceversa. Si las líneas van hacia la carga estamos ante una carga que llamamos negativa y si salen de ella estamos ante lo que denominamos carga positiva. Simple, sencillo y con fundamento.
    ¿Cuántas líneas tiene una determinada carga? Bueno, pues de manera efectiva hay infinitas líneas saliendo o entrando de cargas según el carácter de su signo. Si hicieramos el estudio matemático completo eso no sería un problema porque lidiar con una cantidad infinita de líneas está literalmente chupao(para los que lean esto fuera del ámbito del estado español, chupao es sinónimo de algo muy fácil). Así que vamos a hacer un truco aquí (un truco que está plenamente justificado, tened total confianza en ello). El truco consiste en asignar un número fijo de líneas a una carga dada. Por ejemplo, si tenemos una carga de valor 1 en unas determinadas unidades de medida vamos a imponer que dicha charga tenga exactamente 8 líneas.
     
     

    Evidentemente, si la carga es del mismo signo pero con el doble del valor que hemos considerado, tendremos el doble de líneas:

     
    Por supuesto, estoy seguro de que ya lo has adivinado, para el caso de cargas negativas las líneas serían entrantes y las dibujaremos de color azul para ayudar a las cuentas.
    Lo que dijo Gauss, en forma de teorema, es que dada una región del espacio en la que no vemos las cargas porque están ocultas, siempre podremos deducir la carga total (suma de positivas y negativas) sin más que contar cuantas líneas rojas (salientes) y azules (entrantes) tenemos en dicha región que oculta las cargas. Es decir, no tenemos que ver las cargas para saber que están ahí, solo tenemos que “ver” las líneas de campo. ¿Cómo vemos dichas líneas? Pues calculando qué sentiría una carga de prueba en las inmediaciones de esa región que oculta la carga total que queremos determinar, así viendo si se atrae o se repele determinaremos el sentido de las líneas y midiendo la intensidad de la atracción o la repulsión determinaremos el número de líneas (densidad más bien).
    Por lo tanto, supongamos que tenemos una superficie que encierra una cantidad de carga que no sabemos cuál es.
     

     
    Para determinar la carga total solo hemos de determinar el número de líneas entrantes y salientes.

     
    Si echamos cuentas veremos que tenemos 16 líneas rojas y 8 líneas azules. Considerando que las líneas rojas y las líneas azules se cancelan entre sí lo que nos queda de forma neta son 8 líneas rojas por lo que podremos afirmar que dentro de esa superfice hay una carga total igual a Q=+1. ¿Es o no es fantástico?
    Ahora nos podemos preguntar: ¿Por qué funciona este truco (teorema) de Gauss?
    Pues la respuesta está en la siguiente sección.
    La carga es una cantidad conservada
    Sí, queridos leyentes, (no te sulfures, soy consciente de que la palabra es inventada, pero es que soy un ser creativo), la razón última por la que el truco de Gauss funciona es porque la carga eléctrica es una cantidad conservada. La carga total en una región, siempre que no haya flujos de entrada o salida, se mantiene constante. Eso ayuda a hacer la cuenta que hemos hecho, no solo ayuda es lo que lo hace posible. Y sabemos que la carga es conservada porque nunca hemos visto procesos en los que se gane o se pierda carga eléctrica y además porque así lo establece uno de los teoremas de la señora matemática Emmy Noether.
    La mujer que nos enseñó a pensar en física. La grandérrima Emmy Noether.
    Oh, resulta que la energía (aunque esté en formato “masa”) y el momento angular también son cantidades conservadas. Eso también lo explica los teoremas de Noether.
    Así que, no hay ningún proceso físico que pueda eliminar la masa (que no es más que la energía en reposo de aquello que estemos hablando), la carga o el momento angular. Los agujeros negros tampoco pueden. La formación de un agujero negro es un proceso físico y como tal ha de respetar las leyes físicas y conservar todo aquello que esté conservado verbigracia lo establecido por el teorema de Noether.
    Así que…
    Los agujeros negros pueden tener carga
    Volvamos a mirar en la superfice que hemos usado para esconder la carga en el ejemplo de más arriba:

     
    Estudiando las líneas hemos determinado que ahí dentro hay una carga igual a +1. Ahora voy a quitar la superfice para “ver” qué tenemos ahí dentro. ¿Listos?

    Sí, ahí dentro de esa superficie teníamos escondido un bonito agujero negro que podemos afirmar que está cargado.
    ¿Entonces cómo sale el campo eléctrico de ahí? Pues como ya podrás deducir el campo eléctrico no ha salido del agujero. El campo eléctrico ya estaba ahí, porque sea lo que fuere que formó el agujero ese objeto tendría una carga Q=+1. Pero luego se contrajo para formar el agujero, dado que la carga es conservada el agujero preserva dicha carga, y por tanto el campo eléctrico. Recuerda, el campo eléctrico es una propiedad que adquiere el espacio que tiene la carga en su seno, no es algo que se propague desde la carga hacia fuera o hacia dentro. Es algo de lo que se dota al espacio, hay carga entonces el espaco tiene una propiedad que llamamos campo eléctrico.
    Es igual que la masa, el agujero tiene una masa que genera un campo gravitatorio, es decir, que dota al espaciotiempo de la propiedad de tener campo gravitatorio (que sabemos que es que el espaciotiempo presente curvatura). No hay nada que salga del agujero es simplemente que el espaciotiempo que lo contiene está dotado de una propiedad que llamamos gravedad. Si además el agujero tiene carga es porque el espacio que lo contiene tiene una propiedad que llamamos campo eléctrico.
    Fin del problema.
    ¿Qué pasa con lo cuántico?
    Ahora alguien me podría decir que desde el punto de vista cuántico el campo eléctrico hay que entenderlo como un intercambio de partículas que llamamos fotones. Así que si tenemos un agujero cargado este agujero podrá atraer o repeler otras cargas intercambiando fotones con dichas cargas. Oh, entonces sí salen cosas del agujero según esa imagen, al menos salen esos malditos fotones mensajeros de la interacción electromagnética.
    Bueno, lo primero que podemos decir es que esa imagen es bastante mala, no tenemos muy claro como funciona eso con agujeros negros de por medio. Pero lo que si sabemos es que si te agarras a esa explicación entonces has de aceptar que esos fotones mensajeros no son partículas usuales, esos fotones tienen la propiedad de que se pueden mover a la velocidad que quieran. Por ejemplo a velocidades muy superiores a la de la velocidad de la luz y… entonces ya no tenemos problemas porque esos fotones podrían escapar del agujero. Eso sí, como ya he comentado esta es una salida y una respuesta chusca. La explicación buena es la que hemos dado más arriba. Dale una vuelta.
    Enrique Borja 

     

    Responder
  3. 3
    emiliosilvera
    el 16 de mayo del 2018 a las 7:56

    Claro que, dicha radiación de Hawking es eso, una teoría jamás comprobada, y, precisamente por eso, no le pudieron otorgar el Nobel. Así que, mientras que no sea demostrada, no parece posible que podamos hablar de que algo es más rápido que la velocidad de la luz en el vacío, c.
    No niego nada ni tampoco afirmo, me limito a constatar un hecho: ¡Partículas más rápidas que la luz! ¿Donde?

    Responder

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