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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 teórica de los agujeros negros ........................................página 06.

-¿En dónde se encuentran los agujeros negros? .................................página 06.

-¿Cómo se detectan? ...........................................................................página 06.

-Entropía de los agujeros negros ..........................................................página 07.

-Los agujeros negros en la física actual ................................................página 07.

-Un poco de historia ..............................................................................página 08.

-Descubrimientos recientes ...................................................................página 08.

-Chorros de plasma ..............................................................................página 08.

-Formación de estrellas por el influjo de agujeros negros .....................página 09

-Detectando agujeros negros................................................................página 09

-Apreciación final ..................................................................................página 10.

-Bibliografía y fuentes de referencia consultadas .................................página 11.

-Anexo Imágenes. (Carátula- separador) ..............................................página 12.

-Chandra 1 y Chandra 2 (imágenes-fotografías) ...................................página 13.

-Chandra 3 y Chandra 4 (imágenes-fotografías) ...................................página 14.

-Chandra 5 (imagen-fotografía) ............................................................página 15.

-Créditos de las fotografías del Anexo Imágenes .................................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.

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-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 clases de agujeros negros:

1. Agujeros negros primordiales: Son aquellos que supuestamente fueron

creados temprano en la historia del universo.

2. Según su masa: se clasifican 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 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.

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-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 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:

-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 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.

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-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 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-hubble-nuevas-imagenes/

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/negroagujero.htm

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:

Chandra 1:

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

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 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.