{"id":1403,"date":"2011-05-01T12:37:22","date_gmt":"2011-05-01T11:37:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=1403"},"modified":"2011-05-01T12:37:45","modified_gmt":"2011-05-01T11:37:45","slug":"agujeros-negros-gigantes-i","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2011\/05\/01\/agujeros-negros-gigantes-i\/","title":{"rendered":"AGUJEROS NEGROS GIGANTES I"},"content":{"rendered":"

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La idea de que Agujeros negros gigantes pod\u00edan activar los cu\u00e1sares y las radiogalaxias fue concebida por Edwin Salpeter y Yakov Borisovich Zel\u00b4dovich en 1964. Esta idea era una aplicaci\u00f3n obvia del descubrimiento de dichos personajes de que las corrientes de gas, cayendo hacia un agujero negro<\/a>, colisionar\u00edan y radiar\u00edan.<\/p>\n

Una descripci\u00f3n m\u00e1s completa y realista de la ca\u00edda de corriente de gas hacia un agujero negro<\/a> fue imaginada en 1969 por Donald Lynden-Bell, un astrof\u00edsico brit\u00e1nico en Cambridge. \u00c9l argument\u00f3 convincentemente, que tras la colisi\u00f3n de las corrientes de gas, estas se fundir\u00edan, y entonces las fuerzas centr\u00edfugas las har\u00edan moverse en espiral dando muchas vueltas en torno al agujero antes de caer dentro; y a medida que se movieran en espiral, formar\u00edan un objeto en forma de disco, muy parecidos a los anillos que rodean el planeta Saturno: Un disco de Acreci\u00f3n lo llam\u00f3 Lynden-Bell puesto que el agujero est\u00e1 acreciendo (todos hemos visto la recreaci\u00f3n de figuras de agujeros negros<\/a> con su disco de acreci\u00f3n).<\/p>\n

\"\"\"Vista<\/a><\/p>\n

Cr\u00e9dito: NASA. Es probable que en el centro de un remolino giratorio de gas caliente se encuentre una bestia que no se ha visto nunca directamente: un agujero negro .<\/p>\n

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En Cygnus X-1, en el centro gal\u00e1ctico, tenemos un Agujero Negro modesto que, sin embargo, nos env\u00eda sus ondas electromagn\u00e9ticas de rayos X<\/a>. En el disco de acreci\u00f3n, las corrientes de gas adyacentes rozar\u00e1n entre s\u00ed, y la intensa fricci\u00f3n de dicho roce calentar\u00e1 el disco a altas temperaturas. (Creo que llegar\u00e1 un d\u00eda en el que tengamos latecnolog\u00eda necesaria para poder aprovechar estas fuentes de energ\u00edas presentes en los discos de acreci\u00f3n delosagujeros negros<\/a>).<\/p>\n

El descubrimiento del mejor cadidato a agujero negro<\/a> de tama\u00f1o estelar en un sistema binario de estrellas compacto. Durante d\u00e9cadas se ha buscado la evidencia inequ\u00edvoca de la existencia de agujeros negros<\/a> de tama\u00f1o estelar en nuestra galaxia. La fuente de rayos X<\/a> Cyg X\u20131 era un buen candidato pero la gran masa de su compa\u00f1ero estelar hac\u00eda dif\u00edcil poner un l\u00edmite inferior de 3 masas solares al objeto compacto, necesario para concluir la existencia de un agujero negro<\/a>. Para determinar la funci\u00f3n de masas del sistema Cyg X\u20131 se obtuvieron m\u00e1s de 70 espectros con los telescopios William Herschel e Isaac Newton<\/a> en 1992. Fue entonces posible establecer un l\u00edmite inferior para la masa del objeto compacto: 6.26 masas solares. Por lo tanto, se trataba de la primera detecci\u00f3n de un agujero negro<\/a> de dimensiones estelares en nuestra galaxia.<\/p>\n

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Un disco de acrecimiento<\/strong> o disco de acreci\u00f3n<\/strong> es una estructura en forma de disco alrededor de un objeto central masivo. El<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

En los a\u00f1os ochenta, los astrof\u00edsicos advirtieron que el objeto emisor de luz brillante en el centro de 3C273, el objeto de un tama\u00f1o de 1 mes-luz o menor, era probablemente el disco de acreci\u00f3n calentado por la fricci\u00f3n de Lynden-Bell.<\/p>\n

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Normalmente pensamos que la fricci\u00f3n es una pobre fuente de calor. Sin embargo, puesto que la energ\u00eda gravitatoria es enorme, mucho mayor que la energ\u00eda nuclear, la fricci\u00f3n puede realizar f\u00e1cilmente la tarea de calentar el disco y hacer que brille con un brillo 100 veces mayor que la galaxia m\u00e1s luminosa.<\/p>\n

\u00bfC\u00f3mo puede un agujero negro<\/a> actuar como un gir\u00f3scopo? James Bardeen y Jacobus Petterson de la Universidad de Yale comprendieron la respuesta en 1975: si el agujero negro<\/a> gira r\u00e1pidamente, entonces se comporta precisamente como un gir\u00f3scopo. La direcci\u00f3n del eje del giro permanece siempre firme fijo e inalterado, y el remolino creado por el giro en el espacio pr\u00f3ximo al agujero permanece siempre firmemente orientado en la misma direcci\u00f3n.<\/p>\n

Bardeen y Petterson demostraron mediante un c\u00e1lculo matem\u00e1tico que este remolino en el espacio pr\u00f3ximo al agujero debe agarrar la parte interna del disco de acreci\u00f3n y mantenerlo firmemente en el plano ecuatorial del agujero; y debe hacerlo as\u00ed independientemente de c\u00f3mo est\u00e9 orientado el disco lejos del agujero.<\/p>\n

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\"http:\/\/farm5.static.flickr.com\/4025\/4708172529_c9280bf80a.jpg\"<\/p>\n

El d\u00eda que, desde “cerca”,lopodamos contemplar,podr\u00edamos ver algo as\u00ed.<\/p>\n

A medida que se captura nuevo gas del espacio interestelar en la parte del disco distante del agujero, el gas puede cambiar la direcci\u00f3n del disco en dicha regi\u00f3n, pero nunca puede cambiar la orientaci\u00f3n del disco cerca del agujero. La acci\u00f3n girosc\u00f3pica del agujero lo impide. Cerca del agujero el disco sigue y permanece siempre en el plano ecuatorial del mismo.<\/p>\n

Sin la soluci\u00f3n de Kerr a la ecuaci\u00f3n de campo de Einstein<\/a>, esta acci\u00f3n girosc\u00f3pica hubiera sido desconocida y habr\u00eda sido imposible explicar los cu\u00e1sares. Con la soluci\u00f3n de Kerr a mano, los astrof\u00edsicos de mitad de los a\u00f1os setenta estaban llegando a una explicaci\u00f3n clara y elegante. Por primera vez, el concepto de un agujero negro<\/a> como un cuerpo din\u00e1mico, m\u00e1s que un simple “agujero en el espacio”, estaba jugando un papel central en la explicaci\u00f3n de las observaciones de los astr\u00f3nomos.<\/p>\n

\u00bfQu\u00e9 intensidad tendr\u00e1 el remolino del espacio cerca de un agujero gigante? En otras palabras, \u00bfcu\u00e1l es la velocidad de rotaci\u00f3n de los agujeros gigantes? James Bardeen dedujo la respuesta: demostr\u00f3 matem\u00e1ticamente que la acreci\u00f3n de gas por el agujero deber\u00eda hacer que el agujero girase cada vez m\u00e1s r\u00e1pido. Cuando el agujero hubiera engullido suficiente gas en espiral para duplicar su masa, el agujero deber\u00eda estar girando casi a su velocidad m\u00e1xima posible, la velocidad m\u00e1s all\u00e1 de la cual las fuerzas centr\u00edfugas impiden cualquier aceleraci\u00f3n adicional. De este modo, los agujeros negros<\/a> gigantes deber\u00edan tener t\u00edpicamente momentos angulares pr\u00f3ximos a su valor m\u00e1ximo.<\/p>\n

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\"Agujero<\/p>\n

Algunas de las im\u00e1genes de agujeros negros<\/a> obtenidas por el sat\u00e9ite Suzaku (NASA) (NASA)<\/div>\n

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\u00bfC\u00f3mo puede un agujero negro<\/a> y su Disco dar lugar a dos chorros que apuntan en direcciones opuestas? De una forma sorprendentemente f\u00e1cil, reconocieron Blandford, Rees y Lynden-Bell en la Universidad de Cambridge a mediados de los setenta. Hay cuatro formas posibles de producir chorros; cualquiera de ellas funcionaria, y, aqu\u00ed, donde se explica para el no versado en estos objetos cosmol\u00f3gicos, s\u00f3lo explicar\u00e9 el cuarto m\u00e9todo por ser el m\u00e1s interesante:<\/p>\n

El Agujero es atravesado por la l\u00ednea de campo magn\u00e9tico. Cuando el agujero gira, arrastra l\u00edneas de campo que le rodean, haciendo que desv\u00eden el plasma<\/a> hacia arriba y hacia abajo. Los chorros apuntan a lo largo del eje de giro del agujero y su direcci\u00f3n est\u00e1 as\u00ed firmemente anclada a la rotaci\u00f3n girosc\u00f3pica del agujero. El m\u00e9todo fue concebido por Blandford poco despu\u00e9s de que recibiera el doctorado de f\u00edsica en Cambridge, junto con un estudiante graduado de Cambridge, Roman Znajek, y es por ello llamado el proceso Blandford-Znajet.<\/p>\n

Este proceso es muy interesante porque la energ\u00eda que va a los chorros procede de la enorme energ\u00eda rotacional del agujero (esto deber\u00eda parecer obvio porque es la rotaci\u00f3n del agujero la que provoca el remolino en el espacio, y es el remolino del espacio el que provoca la rotaci\u00f3n de las l\u00edneas de campo y, a su vez, es la rotaci\u00f3n de las l\u00edneas de campo la que desv\u00eda el plasma<\/a> hacia fuera.)<\/p>\n

\u00bfC\u00f3mo es posible, en este proceso Blandford-Znajet, que el horizonte del agujero sea atravesado por l\u00edneas de campo magn\u00e9tico? tales l\u00edneas de campo ser\u00edan una forma de “pelo” que puede convertirse en radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica y radiada hacia fuera, y por consiguiente, seg\u00fan el teorema de Price, deben ser radiadas hacia fuera. En realidad, el teorema de Price solo es correcto si el agujero est\u00e1 aislado, lejos de cualquier otro objeto.<\/p>\n

Pero el agujero que estamos discutiendo no est\u00e1 aislado, est\u00e1 rodeado de un disco de acreci\u00f3n. As\u00ed que las l\u00edneas de campo que surgen del agujero, del hemisferio norte y las que salen del hemisferio sur se doblar\u00e1n para empalmarse y ser una continuaci\u00f3n una de otra, y la \u00fanica forma de que estas l\u00edneas puedan entonces escapar es abriendo su camino a trav\u00e9s del gas caliente del disco de acreci\u00f3n. Pero el gas caliente no permitir\u00e1 que las l\u00edneas de campo lo atraviesen; las confina firmemente en la regi\u00f3n del espacio en la cara interna del disco, y puesto que la mayor parte de dicha regi\u00f3n est\u00e1 ocupada por el agujero, la mayor\u00eda de las l\u00edneas de campo confinadas atravesar\u00e1n el agujero.<\/p>\n

\u00bfDe donde proceden esas l\u00edneas de campo magn\u00e9tico? Del propio disco.<\/p>\n

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Arriba: <\/strong> Una imagen del Observatorio de rayos-X Chandra de la regi\u00f3n central de nuestra galaxia, la V\u00eda L\u00e1ctea. Un agujero negro<\/a> supermasivo se esconde en el interior de la mancha blanca brillante, cerca del centro de la imagen.<\/p>\n

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\"Centro<\/div>\n
Otra versi\u00f3n del mismo lugar<\/div>\n

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Cualquier gas en el Universo est\u00e1 magnetizado, al menos un poco, y el gas del disco no es una excepci\u00f3n. Conforme el agujero acrece, poco a poco, gas del disco, el gas lleva con \u00e9l l\u00edneas de campo magn\u00e9tico. Cada peque\u00f1a cantidad de gas que se aproxima al agujero arrastra sus l\u00edneas de campo magn\u00e9tico y, al cruzar el horizonte, deja las l\u00edneas de campo detr\u00e1s, sobresaliendo del horizonte y enrosc\u00e1ndose. Estas l\u00edneas de campo enroscadas, firmemente confinadas por el disco circundante, extraer\u00edan entonces la energ\u00eda rotacional del agujero mediante el proceso de Blandford-Znajet.<\/p>\n

Los discos de acreci\u00f3n juegan un papel importante en muchos fen\u00f3menos astrof\u00edsicos como n\u00facleos activos de galaxias, sistemas protoestelares, estrellas binarias de rayos X<\/a> y variables catacl\u00edsmicas. La falta de informaci\u00f3n espacial de tales discos con frecuencia hab\u00eda impedido que se pudieran contrastar los resultados propuestos por los modelos te\u00f3ricos. En el a\u00f1o 1994 los astr\u00f3nomos fueron capaces de reconstruir por primera vez la distribuci\u00f3n de la energ\u00eda espectral a lo largo de un disco de acreci\u00f3n a partir de la curva de luz de una variable catacl\u00edsmica eclipsante, UX Ursae Majoris. En 1997, por primera vez de nuevo, los investigadores descubrieron estructura espiral en un disco de acreci\u00f3n. En aquel entonces se trataba de la estrella binaria en interacci\u00f3n IP Pegasi. Estas investigaciones han ayudado a cubrir el hueco que existe entre observaciones y modelos te\u00f3ricos y han provocado un importante avance en la f\u00edsica de los discos de acreci\u00f3n.<\/p>\n

Los m\u00e9todos de producir chorros (orificios en una nube de gas, viento de un embudo, l\u00edneas de campo arremolinadas ancladas en el disco, y el proceso Blandford-Znajet) act\u00faan probablemente, en grados diversos, en los cu\u00e1sares, en las radiogalaxias y en los n\u00facleos caracter\u00edsticos de algunos otros tipos de galaxias (n\u00facleos que se denominan n\u00facleos gal\u00e1cticos activos).<\/p>\n

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Representaci\u00f3n art\u00edstica del cu\u00e1sar GB1508<\/a>.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

Si los cu\u00e1sares y las radiogalaxias est\u00e1n activados por el mismo tipo de m\u00e1quina de agujero negro<\/a>, \u00bfqu\u00e9 hace que parezcan tan diferentes? \u00bfPor qu\u00e9 la luz de un cu\u00e1sar aparece como si procediera de un objeto similar a una estrella, intensamente luminoso y de un tama\u00f1o de 1 mes-luz o menos, mientras que la luz de radiogalaxias procede de un agregado de estrellas similar a la V\u00eda L\u00e1ctea, de un tama\u00f1o de 100.000 a\u00f1os-luz?<\/p>\n

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Un cu\u00e1sar brilla m\u00e1sque la galaxia que lo contiene<\/div>\n

Parece casi seguro que los cu\u00e1sares no son diferentes de las radiogalaxias; sus m\u00e1quinas centrales tambi\u00e9n est\u00e1n rodeadas de una galaxia se estrellas de un tama\u00f1o de 100.000 a.l. Sin embargo, en un cu\u00e1sar el agujero negro<\/a> central est\u00e1 alimentado a un ritmo especialmente elevado por el gas de acreci\u00f3n y, consiguientemente, el calentamiento friccional del disco es tambi\u00e9n elevado. Este calentamiento del disco hace que brille tan fuertemente que su brillo \u00f3ptico es cientos o miles de veces que el de todas las estrellas de la galaxia circundante juntas.<\/p>\n

Los astr\u00f3nomos, cegados por el brillo del disco, no pueden ver las estrellas de la galaxia, y por ello el objeto parece “cuasi estelar” (es decir, similar a una estrella; como un min\u00fasculo punto luminoso intenso) en lugar de parecer una galaxia.<\/p>\n

La regi\u00f3n m\u00e1s interna del disco es tan caliente que emite rayos X<\/a>; un poco m\u00e1s lejos el disco est\u00e1 m\u00e1s fr\u00edo y emite radiaci\u00f3n ultravioleta; a\u00fan m\u00e1s lejos est\u00e1 m\u00e1s fr\u00edo todav\u00eda y emite radiaci\u00f3n \u00f3ptica (luz); en su regi\u00f3n mas externa est\u00e1 incluso m\u00e1s fr\u00edo y emite radiaci\u00f3n infrarroja. La regi\u00f3n emisora de luz tiene t\u00edpicamente un tama\u00f1o de aproximadamente un a\u00f1o-luz, aunque en algunos casos, tales como 3C273, puede ser de un mes luz o m\u00e1s peque\u00f1a.<\/p>\n

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Imagen del Qu\u00e1sar 3C273 recogida por el Telescopio Espacial Hubble<\/a>
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Estas explicaciones para los cu\u00e1sares y las radiogalaxias basadas en agujeros negros<\/a> son tan satisfactorias que es tentador asegurar que deben ser correctas. Y, en \u00faltimo lugar, sabemos que, agujeros negros<\/a> gigantes que existen en las galaxias de nuestro Universo, nos podr\u00edan proporcionar las respuestas a muchas preguntas que est\u00e1n planteadas y que nadie ha sabido, hasta ahora. contestar.<\/p>\n

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emilio silvera<\/em><\/p>\n

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