Agujeros Negros-Realidad

Contenido

Introducción

Como se acuño el concepto de agujero negro

agujeros Negros en el cambio de siglo

cual es el problema

¿Existen realmente los agujeros negros?

Agujeros negros en Relatividad General

Radiación térmica

Evaporación del agujero negro

Entropía de los agujeros negros

La Paradoja

La marcha atrás de Hawking

Holografía y agujeros negros

Agujeros negros y branas en teoría de cuerdas

Holografía

Conclusiones

Introducción

A lo largo de la historia se han desarrollando diferentes conceptos acerca de los agujeros negros que han venido evolucionando, por lo tanto no se le pude dar la autoría a una persona en especial sobre dicho concepto. Sin embargo el Fisico John A. Wheeler fue el primero den pronunciar "Agujero Negro"

¿Como se acuño el concepto de Agujero Negro?

En 1783 John Michell escribió un artículo en el que describía que estrella que fuera lo suficientemente masiva y compacta tendría un campo gravitatorio tan intenso que ni la luz podría escapar de ella. Pocos años después el científico marqués de Laplace incluyo esta idea en su libro "El sistema del mundo", sin embargo, quizás pensó que era una locura y no volvió a publicar documentación al respecto.

En 1916 el astrónomo alemán Karl Schwarzschild desarrolló el concepto de agujero negro basándose en la teoría de la relatividad general de Einstein. Se definió el radio de Schwarzschild como el radio del horizonte de sucesos en el que la masa de un cuerpo puede llegar a ser comprimida para formar un agujero negro; la masa de un cuerpo y su radio de Schwarzschild son directamente proporcionales a uno otro: si un agujero negro pesa diez veces más que otro, su radio es diez de veces mayor.

En 1963 Roy Kerr describió los agujeros negros en rotación. Los agujeros de "Kerr", rotan a una velocidad constante, su tamaño y forma dependen de la masa y su velocidad de rotación. Si la rotación no es cero el agujero negro se deforma hacia el "ecuador" del agujero negro; a mayor velocidad mayor deformación. Cualquier cuerpo en rotación que formará un agujero negro llegaría a un estado estacionario.

Entre 1965 a 1970, Stephen Hawking y Roger Penrose definen una agujero negro como el conjunto de sucesos del cual nada es posible escapar a gran distancia. Demostraron que debe haber una singularidad de densidad y curvatura del espacio-tiempo infinitas dentro de un agujero negro. Esta singularidad no tiene predicción alguna. Penrose propone la hipótesis de la censura cósmica "Dios detesta una singularidad desnuda". En otras palabras, las singularidades producidas por un colapso gravitatorio sólo ocurren en sitios como los agujeros negros, en donde están decentemente ocultas para no ser vistas de fuera".

En 1967 el científico Werner Israel demostró, basándose en la Teoría de la Relatividad, que los agujeros negros sin rotación eran perfectamente esféricos, su masa determinaba su tamaño, al ser perfectamente esférico solamente se podría haber formado del colapso de un objeto perfectamente esférico, al no ser esférica el colapso formaría una singularidad desnuda.

Roger Penrose y John Wheeler, determinaron que los movimientos en el colapso de una estrella desprenderían ondas gravitatorias, y por esto se haría cada vez más esférica. Esto quiere decir que una estrella sin rotación después de un colapso sería perfectamente esférica.

En 1969 el científico John Wheeler acuño el termino de agujero negro como la descripción gráfica a una época en que existían dos teorías de la luz: la crepuscular (la luz estaba compuesta por partículas) y la ondulatoria. Hoy en día la luz es considerada como onda y como partícula.

En 1970 Brandon Carter probó que si un agujero negro rotando de una manera estacionaria tuviera un eje de simetría, su tamaño y su forma dependerían de la masa y la velocidad de rotación.

En 1971 Stephen Hawking demostró que cualquier agujero negro rotando de manera estacionaria tendría un eje de simetría.

En 1973 David Robinson utilizó el resultado de Carter y Hawking para demostrar la hipótesis de Kerr. Después del colapso el agujero negro tiende a un estado de rotación pero sin pulsaciones (aumento de tamaño). "Este resultado se dio a conocer con la frase: "Un agujero negro no tiene pelos". El teorema de la no existencia de pelo, es de gran importancia práctica, porque restringe fuertemente los tipos posibles de agujeros negros."

En el momento del colapso gravitatorio se pierde gran cantidad de información, pues todo lo que podemos medir tan solo es la masa del cuerpo y la velocidad de rotación.

agujeros Negros en el cambio de siglo

Los últimos cinco años han presenciado un importante aumento en la sofisticación de las observaciones de agujeros negros con telescopios que cubren el espectro electromagnético completo. Hoy en día ya nadie discute seriamente sobre la existencia de los agujeros negros. Sabemos que ellos deben ser bastante abundantes y que podemos estudiarlos cada vez en mayor detalle.

Además de las mediciones de masa realizadas en un comienzo, hay diversas observaciones directas del flujo gaseoso cerca del horizonte de eventos. El satélite japonés de rayos X ASCA ha observado diversos núcleos galácticos activos, siendo el más famoso el conocido como MCG-6-30-15.

En este objeto, ASCA detectó una línea K del espectro de emisión en rayos X del hierro, supuestamente originada por el material fluorescente en la superficie del disco de acreción. Dado que la línea es producida por sobre un rango restringido de un disco de radio cercano al agujero, esperamos observar un peak con corrimiento al azul en el perfil de asociado al lado del disco que rota hacia nosotros. Por supuesto también se espera un corrimiento al rojo. Sin embargo, como el gas gira a velocidades cercanas a la de la luz, debemos incluir correcciones relativistas al corrimiento Doppler, el corrimiento al rojo gravitacional y efectos aberracionales. Cuando esos ajustes son hechos es posible deducir la inclinación del observador y concluir que, es cercano a su valor máximo m/2. (Aunque este resultado es algo controversial, ¡resalta el que de todos modos estemos discutiendo el asunto!)

Esperamos variaciones en la emisión de los agujeros negros en escalas de tiempo del orden de periodo orbital cercano a la órbita más interna, quizás cerca de 10m en unidades geométricas. Periodos típicos deben ser del orden de los milisegundos para un agujero estelar y quizás horas para un núcleo galáctico.

En la figura 3 mostramos un ejemplo de variabilidad en escalas de tiempo pequeñas observada para el núcleo galáctico NGC4151. Los estudios de variabilidad fueron unos de los motivos para construir otro satélite de rayos X, el Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE), el que ha generado maravillosos descubrimientos, particularmente relativo a agujeros negros galácticos.

Un caso bien estudiado de variabilidad temporal en un agujero negro galáctico es la fuente superluminica GRS 1915+105. Cuando sintonizamos esta fuente, es decir, cuando convertimos en sonido su espectro de rayos X.

Tal y como fue hecho en 1997 por Ed Morgan , escuchamos ritmos complejos similares a una composición vanguardista. Fragmentos de tales composiciones de rayos X aparecen en el espacio de Fourier como variaciones quasiperiodicas de intensidad con frecuencias que bordean desde varios milihertz hasta 67 Hz. La fuente en si misma consiste en un agujero negro con un compañero estelar que entrega material a una tasa que excede el limite de Eddington. Incapaz de aceptar tal importante contribución el agujero negro la expele la mayoría del material de un modo aun no entendido completamente.

Una explicación posible es que el GRS 1915+105 expele el material creando un par de jets antiparalelos esto es, flujos colimados que surgen presumiblemente por el eje de rotación del agujero. En efecto ha sido posible observar esos jets usando radiotelescopios, encontrando que parecen impulsarse por el espacio a velocidades superlumínicas, lo que justifica el epíteto.

El estudio de jets desde agujeros negros también ha avanzado considerablemente. Hay hoy en día pocas dudas acerca de que los jets son creados con flujos relativistas tanto en los agujeros estelares como en los galácticos. En el caso de M87, la emisión ha sido trazada a una escala de 60m. Se han reportado velocidades excediendo los 0.99c. Además radio estudios detallados de jets en movimiento muestran que tales jets usualmente precesan, o al menos cambian su dirección de propagación como en el caso de SS433.

Una de las más grandes sorpresas en astronomía extragaláctica en los ultimo años ha sido el descubrimiento que los radio jets extragalácticos son usualmente grandes fuentes luminosas de rayos gamma. Antes del despegue del Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), era sabido que muchas de las más brillantes a longitudes de onda de radio deben su prominencia a velocidades del flujo relativista. Es un resultado simple de la relatividad especial que una fuente de radiación –en este caso, radiación de synchrotron- colima su radiación el la dirección de movimiento y que cuando se dirige frontalmente hacia a nosotros aparecen anormalmente brillante (por factores que suelen exceder los miles). Esta radiación de synchrotron es emitida por electrones con energía de GeV haciendo una

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