BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA

FACULTAD DE MEDICINA

AGUJEROS NEGROS

DESARROLLO DE HABILIDADES EN EL USO DE LAS TECNOLOGÍAS DE LA

INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN

DOCENTE: PATRICIA SILVA SÁNCHEZ

LICENCIATURA EN MEDICINA

ALUMNO: NAVARRO HERNÁNDEZ BRENDA KARINA

PRIMAVERA 2015

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CONTENIDO

I. INTRODUCCIÓN..............................................................................................................1

II. ¿QUÉ ES UN AGUJERO NEGRO?.....................................................................................2

III. FORMACIÓN DE UN AGUJERO NEGRO.........................................................................3

IV. ¿CÓMO PUEDE OBSERVARSE UN AGUJERO NEGRO?...................................................4

V. EVIDENCIA.....................................................................................................................6

VI. CONCLUSION................................................................................................................8

VII.BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………………...............10

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AGUJEROS NEGROS.

Con este trabajo tengo como fin brindar información sobre los agujeros negros, los

cuales son relativamente nuevos y más aún el estudio de los mismos, así como

sus teorías, las cuales nos ayudan a explicar muchos fenómenos del cosmos. En

teoría un agujero negro se origina hacia el final de la vida de una estrella, cuando

ésta se contrae más allá de un límite determinado y se hace más pequeña y más

densa que una estrella de neutrones, tanto que ni la luz puede escapar de su

campo gravitatorio.

I. INTRODUCCIÓN. Los agujeros negros son una predicción derivada de la teoría de la relatividad

general de Einstein, “la teoría moderna de la gravedad”. Los agujeros negros son

singularidades que para los cálculos físicos y matemáticos tradicionales no tengan

un comportamiento predecible, únicamente la teoría de la relatividad se asemeja a

dicho comportamiento. Puede haber más que estrellas visibles en nuestro

universo. Estos pudieron ser formados por las irregularidades en la expansión de

nuestro universo o por el colapso gravitacional de una estrella muy masiva.

Debido a las propiedades de los agujeros negros, se han creado muchas teorías y

especulaciones sobre la posibilidad de viajar en el tiempo y el espacio a otro

universo a través de ellos.

II. ¿QUÉ ES UN AGUJERO NEGRO?Un agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte que ni

siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su proximidad. Un campo

de estas características puede corresponder a un cuerpo de alta densidad con una

masa relativamente pequeña como la del Sol o menor- que está condensada en

un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy

grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una galaxia.

Es un “agujero” porque las cosas pueden caer, pero no salir de él, y es negro

porque ni siquiera la luz puede escapar. Otra forma de decirlo es que un agujero

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negro es un objeto para el que la velocidad de escape es mayor que la velocidad

de la luz, conocido como el último límite de velocidad en el universo.

Todo agujero negro está rodeado por una frontera llamada “horizonte de eventos”,

de la cual no se puede escapar. Cualquier evento que ocurra en su interior queda

oculto para siempre para alguien que lo observe desde afuera. El astrónomo Karl

Schwarszchild demostró que el radio del horizonte de eventos, en kilómetros, es

tres veces la masa expresada en masas solares; esto es lo que se conoce como el

radio de Schwarzschild. Este radio es un filtro unidireccional, pues cualquier cosa

puede entrar, pero no salir. La masa de un cuerpo y su radio de Schwarzschild son

directamente proporcionales.

Además según la relatividad general, la gravitación modifica el espacio - tiempo en

las proximidades del agujero.

Un agujero negro es un objeto que tiene tres propiedades: masa, espín y carga

eléctrica. La forma de la material en un agujero negro no se conoce, en parte

porque está oculta para el universo externo, y en parte porque, en teoría, la

material continuaría colapsándose hasta tener radio cero, punto conocido como

singularidad, de densidad infinita, con lo cual no se tiene experiencia en la Tierra.

En teoría, los agujeros negros vienen en tres tamaños: mini agujeros negros,

agujeros negros medianos y agujeros negros superlativos.

En 1971, Stephen Hawkings teorizó que en la densa turbulencia creada por el

fenómeno conocido como “Big Bang”; se formaron presiones externas las cuales

ayudaron en la formación de los mini agujeros negros. Éstos serían tan masivos

como una montaña, pero tan pequeños como un protón; radiarían energía

espontáneamente, y después de miles de millones de años finalizarían con una

violenta explosión.

Por otro lado, hay buena evidencia de que los agujeros negros medianos se

forman como despojos de estrellas masivas que colapsan al final de sus vidas; y

de que existen agujeros negros supermasivos en los núcleos de muchas galaxias,

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incluyendo, de la nuestra, el cual se ha establecido que tiene una masa de 2.5

millones de veces la del Sol. Estos agujeros negros supermasivos tienen un

horizonte de eventos más o menos igual al tamaño del Sistema Solar.

Contradiciendo al mito popular, un agujero negro no es un depredador cósmico, ni

de carroñas, ni de exquisiteces espaciales. Si el Sol se pudiera convertir en un

agujero negro de la misma masa, la única cosa que sucedería sería un cambio de

la temperatura de la Tierra. La frontera de un agujero negro no es una superficie

de material real, sino una simple frontera matemática de la que no escapa nada, ni

la luz que atraviese sus límites, se llama el horizonte de eventos; cualquier

fenómeno que ocurra pasada esa frontera jamás podrá verse fuera de ella. El

horizonte de suceso es unidireccional: se puede entrar, pero jamás salir

III. FORMACIÓN DE UN AGUJERO NEGRO.Para entender la formación de un agujero negro, es importante entender el ciclo

de formación de una estrella. Una estrella se forma al concentrarse una gran

cantidad de gas, principalmente hidrógeno, las cuales, por gravedad empiezan a

colapsarse entre sí. Los átomos comienzan a chocar unos con otros, lo cual hace

que el gas se caliente, tanto que luego de un tiempo las partículas de hidrógeno

forman partículas de helio por fusión nuclear. Este calor hace que la estrella brille

y que la presión del gas sea suficiente para equilibrar la gravedad y el gas deja de

contraerse. Las estrellas permanecerán estables de esta forma por un largo

periodo de tiempo, y mientras más combustible tenga la estrella, más rápido se

consume, debido a que tiene que producir más calor.

Subrahmanyan Chandrasekhar, calculó lo grande que podría llegar a ser una

estrella que fuera capaz de soportar su propia gravedad, antes de que se acabe

su combustible. Descubrió una masa (aproximadamente 1.5 veces la masa del

Sol) en la que una estrella fría no podría soportar su gravedad. Esto es lo que se

conoce como el límite de Chandrasekhar. Si una estrella posee una masa menor

a la del límite, puede estabilizarse y convertirse en una enana blanca, con un radio

de pocos kilómetros y una densidad de toneladas por cm3. Las estrellas de

neutrones también están dentro del límite de Chandrasekhar, siendo para estas 3

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masas solares, y se mantienen por la repulsión de electrones. Su densidad es de

millones de toneladas por cm3, aquí se incluyen los púlsares, los cuales son

estrellas de neutrones en rotación. En 1939, Robert Openheimer describió lo que

le sucedería a una estrella si estuviera por fuera del límite de Chandrasekhar. El

campo gravitatorio de la estrella cambia los rayos de luz en el espacio - tiempo, ya

que los rayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentro de la superficie de la

estrella. Cada vez se hace más difícil que la luz escape, y la luz se muestra más

débil y roja para un observador. Cuando la estrella alcanza un radio crítico, el

campo gravitatorio crece con una intensidad que la luz ya no puede escapar. Esta

región es llamada hoy un agujero negro.

Si entendemos lo que significa la gravedad como 4ª dimensión y entendemos la

curvatura del universo, un agujero negro sería un lugar en el cual la curvatura

sería infinita.

IV. ¿CÓMO PUEDE OBSERVARSE UN AGUJERO NEGRO?Los agujeros negros tienen masa, la cual produce una fuerza gravitacional que

afecta a objetos cercanos. La fuerza gravitacional debe ser muy intensa cerca de

los agujeros negros, y podrían verse los efectos en su ambiente. El material que

cae dentro del agujero negro, y sería aplastado y calentado al tratar de colarse en

la pequeña garganta del agujero negro, por lo que produciría rayos-X. El primer

ejemplo de un agujero negro fue descubierto precisamente por ese efecto

gravitacional en una estrella acompañante, en 1971.

Cygnus X-1 es el nombre que se le dio a una fuente de rayos X en la constelación

Cygnus, descubierta en 1962 con un primitivo telescopio de rayos X que se envió

a bordo de un cohete. Para 1971, la localización de la fuente de rayos X en el cielo

se había medido con mayor precisión, usando observaciones de cohete y satélite.

Un avance fundamental se dio en marzo de 1971, cuando una nueva fuente de

ondas de radio se descubrió en Cygnus, cerca de la posición de la fuente de

rayos X. La señal de radio variaba exactamente al mismo tiempo que la intensidad

de rayos X, una fuerte evidencia de que la fuente de radio y la de rayos X eran el

mismo objeto. Una estrella débil llamada HDE 226868 aparece en la posición de

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esta fuente de radio. Los astrónomos que estudiaban la luz de HDE 226868

habían encontrado dos hechos importantes: (1) HDE 226868 es una estrella supe

gigante azul -- una estrella normal, masiva, cerca del final de su vida; y (2) la

estrella gira alrededor de otro objeto masivo en una órbita con período de 5.6 días.

Conociendo la fuerza necesaria para mantener a HDE 226868 en órbita, se puede

calcular la masa de la compañera, la cual es de cerca de 10 masas solares. Pero

no hay signos de luz visible de ella y algo en el objeto produce rayos X.

La explicación o "modelo" que mejor se ajusta a estos hechos es que la

compañera es un agujero negro de cerca de 10 masas solares, el cadáver de una

estrella masiva que alguna vez fue la compañera de HDE 226868. Los rayos X

son producidos conforme el gas de la atmósfera del supe gigante azul cae hacia el

objeto colapsado y se calienta. El objeto colapsado no puede ser una enana

blanca o una estrella de neutrones, porque estos objetos no pueden tener masas

mayores de 1.44 y 3 masas solares, respectivamente. Nunca podremos "probar"

esta teoría de Cygnus X-1 "viendo" el agujero negro, pero la evidencia

circunstancial es fuerte. Otros tres objetos: LMC X-3 en la Nube Mayor de

Magallanes, y A0620-00 y V404 Cygni en nuestra galaxia, también se cree que

tienen agujeros negros como una de sus componentes.

A pesar de la dificultad al descubrir los agujeros negros, se estima con certeza que

muchas estrellas a través del tiempo en el universo han perdido toda su energía y

han tenido que colapsarse. Tal vez el número de agujeros negros es más grande

que el número de estrellas visibles.

El horizonte de eventos está formado por los caminos en el espacio -tiempo de

los rayos de luz que no alcanzan a escapar. Los rayos de luz que están en esta

frontera se moverán eternamente, sin embargo no podrían chocar entre sí por que

los dos rayos de luz serían absorbidos por el agujero, así los "caminos luminosos"

se mueven en forma paralela, al nunca acercarse entre sí, el horizonte permanece

constante o va aumentando con el tiempo. Al caer materia dentro del agujero

negro el área del horizonte de eventos aumenta.

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V. EVIDENCIA.Diferentes equipos de astrónomos han anunciado haber encontrado evidencias

que permiten casi, prácticamente, asegurar la existencia de los agujeros negros en

el universo. Junto a las detecciones de rayos X y gamma, se ha sumado el

monitoreo que ha efectuado el Hubble Space Teles copé (HST), con los nuevos

instrumentos instalados en él sobre 27 galaxias cercanas, en las cuales, en

algunas de ellas, se han podido detectar rastros de la desaparición de un

sinnúmero de estrellas y otras que están siguiendo el mismo destino, como si

fueran engullidas por un poderoso motor termonuclear. También, se ha podido

comprobar en el espacio la existencia muy precisa de un disco de acreción de un

diámetro de un quinto de año luz --prueba sólida de la existencia de un agujero

negro-- ubicado en la galaxia 3C390.3, situada a 1.000 millones de años luz de la

Tierra. El satélite IUE de exploración ultravioleta de la Agencia Europea del

Espacio fue el que hizo el hallazgo y además pudo medirlo. En nuestra galaxia, La

Vía Láctea, desde el año 1990 sabemos de evidencias de contar con un

cohabitante agujero negro, ubicado a unos 300 años luz desde la Tierra; lo detectó

el telescopio Sigma y por su magnitud se le llamó "el gran aniquilador".

Recientemente se han descubierto pruebas concluyentes de la existencia de un

inmenso agujero negro en el centro de la galaxia elíptica gigante M87, que se

encuentra a unos 57 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo.

Se estima que este agujero negro tiene una masa equivalente a la de 3.000

millones de soles, compactada en un espacio de unas 11 horas-luz de diámetro.

Pero mayores evidencias sobre posibles agujeros negros siguen apareciendo. Una

de las más relevantes registrada recientemente es la encontrada en la galaxia

activa NGC 6251, ubicada a 300 millones de años luz desde la Tierra en la

constelación de Virgo. Una sorprendente visión reportada por el Telescopio

Espacial Hubble de un disco o anillo de polvo, urdido por efectos gravitatorios, que

se trasluce a través de la emisión de un chorro de luz ultravioleta que estaría

emanando desde un posible agujero negro.

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Se trata de un fenómeno nuevo para los investigadores observadores del cosmos.

Anteriormente, todo lo que se había podido detectar como evidencia de la

existencia de un agujero negro era la detección de los efectos gravitatorios que

éste genera en los objetos que van siendo atraídos a traspasar el horizonte de

eventos, formando en ello una especie de disco de circunvalación constituido

como una “dona” que conforma un capullo que rodea a algo gravitatoriamente

poderoso, pero que de ello solamente era factible distinguir la luz intensiva que

emana desde los gases calientes que ya se encuentran atrapados por la gravedad

del agujero negro, el cual se hallaría empotrado en medio de la “dona”.

Pero lo que encontró el Hubble, es bastante más de lo que anteriormente

habíamos podido ver sobre un agujero negro. En esta ocasión, se ha podido

observar como ese agujero ilumina el disco de circunvalación que lo rodea,

cuestión esta última, no muy extraña para una gran mayoría de físicos teóricos. En

las tomas del Hubble se puede distinguir luz ultravioleta reflejándose sobre un lado

del disco, el cual se encontraría urdido como la parte superior de un sombrero.

Tal urdidura podría ser producto de perturbaciones gravitacionales que se

estuvieran generando en el núcleo de la galaxia que almacena el disco, o bien, al

pressing que genera el eje de rotación del agujero negro sobre el de la galaxia.

Si bien todavía no se conocen las posibles medidas de este agujero negro, las

evidencias de su existencia se encuentra en la poderosa emisión que se detecta

en la eyección de radiaciones que alcanza un espacio de tres millones de años luz

y de las partículas que se han visto emanar desde la ubicación del agujero negro

en el eje mismo de esta galaxia activa elíptica. Se piensa que muchas galaxias

denominadas activas son la cuna de una apreciable cantidad de agujeros negros.

VI. CONCLUSIÓN.La existencia de los agujeros negros depende de la teoría de Einstein, aunque las

evidencias son muy sólidas; si esa teoría se mostrara incorrecta, debería

reescribirse la cosmología entera. Es reconocible que los últimos actos de la

investigación científica para conocer los misterios del cosmos, dan para pensar

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que las letras de los libros de física cada da se encuentran más cerca de las

realidades que la tecnología moderna nos está permitiendo captar.

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Bibliografía

APA

Hawking S. (2002) Agujeros Negros y Pequeños Universos, Y otros ensayos Chile: Ciencia.Misc

Kip S. Thorne. (2002). Agujeros negros y tiempo curvo:el escandaloso legado de Einstein.Nueva

York: W. W. Norton & Company.

Hawking S. (1988). Historia del Tiempo: Del Big Bang a los Agujeros Negros. Estados Unidos: Bantam Books.

MLA

Hawking, Stephen. Agujeros Negros y Pequeños Universos, Y otros ensayos Chile: Ciencia.Misc. ,

(2002)

Kip S. Thorne. Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein. Nueva York: W.

W. Norton & Company,(2002).