Un agujero negro es, entre otras cosas, una estrella de radio cero y densidad infinita

MASIVOS AGUJE          ROS NEGROS REPORTA

DOS

					Galaxia	Comentario	Constelación	Distancia1	Luminosidad2	Masa3
					Vía Láctea	.	.	28,000	1.9	2 Millones
					NGC 224 = M31	Nebulosa de Andromeda	Andromeda	2.3 Millones	5.2	30 Millones
					NGC 221 = M32	Satélite de M31	Andromeda	2.3 Millones	0.25	3 Millones
					NGC 3115	.	El Sextante	27 Millones	14.2	2 Millones
					NGC 4258	.	Los Perros de Caza	24 Millones	1.3	40 Millones
					NGC 4261	.	La Virgen	90 Millones	33	400 Millones
					NGC 4486 = M87	.	La Virgen	57 Millones	56	3 Billones
					NGC 4594 = M104	El Sombrero	La Virgen	30 Millones	47	1 Billones
					NGC 3377	.	Leo	32 Millones	5.2	100 Millones
					NGC 3379 = M 105	.	Leo	32 Millones	13	50 Millones
					NGC 4486b	Satélite de M87	La Virgen	50 Millones	0.82	500 Millones
					NGC 4151	.	.	.	.	.
					M 84	Nebulosa de Orión	Orión	50 millones	.	300 millones
					NGC 6251	.	La Virgen	300 millones	.	1.000
AGUJEROS NEGROS DETECTADOS POR EMISIONES DE RAYOS
					Cyg X-1	.	El Cisne	.	.	7 ms
					GRO J0422	.	El Cangrejo	.	.	8 ms
					A0620-00	.	.	.	.	.
					LMC X-3	.	Gran Nube de Magallanes	.	.	8 ms

 

Un Misterio en el Centro de la Galaxia Los astrónomos han descubierto que el centro de nuestra Vía Láctea aloja un agujero negro buscado por mucho tiempo. El hallazgo, sin embargo, ha generado aún más interrogantes.

Febrero 21, 2002: En las historias de detectives de mayor suspenso, el misterio se hace más profundo conforme la trama revela nuevas pistas. Y lo mismo les ha pasado en la vida real a los astrofísicos que investigan el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Ellos esperaban que el Observatorio de rayos-X Chandra (Chandra X-ray Observatory) de la NASA revelase la existencia, sospechada desde tiempo atrás, de un agujero negro -- y en realidad así lo hizo. Pero las revelaciones del Chandra han generado nuevas preguntas que ahora desconciertan a los científicos tal vez más que antes.   Arriba: Una imagen del Observatorio de rayos-X Chandra de la región central de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Un agujero negro supermasivo se esconde en el interior de la mancha blanca brillante, cerca del centro de la imagen. [más información] Un agujero negro es un objeto tan masivo y tan compacto a la vez que ni siquiera la misma luz puede escapar a su exorbitante gravedad. Por décadas, los científicos han argumentado que las estrellas gigantes (aquellas cuya masa es al menos 10 veces más grande que la de nuestro Sol) normalmente tienden a concluir sus vidas como supernovas -- explosiones catastróficas que dispersan materia a años luz de distancia a través del espacio interestelar, dejando atrás solamente un residuo denso de la estrella original. Si el residuo excede unas 3 masas solares, se convertirá en un agujero negro.                                           En 1974, el astrónomo británico Sir Martin Rees propuso que los agujeros negros supermasivos  -- aquellos con masas de un millón e incluso de mil millones de masas solares -- podrían existir en los centros de algunas galaxias. Las galaxias que él imaginaba poseían núcleos (centros) increíblemente activos, que brillaban con la intensidad de 30 mil millones de soles. Estos núcleos brillaban, titilando de manera inestable, en todas las longitudes de onda, desde el radio hasta los rayos gamma, y expelían poderosos chorros de partículas cargadas hacia el espacio. Rees concluyó que la fuente de tales disturbios eran agujeros negros devorando materia.     "No podemos imaginarnos de qué otra manera estos núcleos activos de galaxias (que se abrevia en español como NAGs ó como AGNs por las siglas inglesas de Active Galactic Nuclei) podrían emitir tanta energía", dice Donald Kniffen, científico del programa Chandra de la Oficina de Ciencias del Espacio (Office of Space Science) en las Oficinas Centrales de NASA. "La única teoría aceptada es la de los agujeros negros". Mas aún, ya empieza a pensarse que las galaxias activas no son las únicas que podrían alojar a tales "monstruos en su centro". Las galaxias ordinarias como la Vía Láctea también los poseen.   En 1974, mientras Rees aún se encontraba especulando acerca de los agujeros negros en los centros de las galaxias activas, los radio astrónomos norteamericanos Bruce Balick y Robert Brown se encontraban observando el relativamente silencioso centro de nuestra propia galaxia. Allí ellos descubrieron una fuente de radio compacta y variable que se parecía mucho a un quasar débil -- un tipo de NAG lejano que los astrónomos normalmente encuentran cerca del límite del Universo observable. Pero este objeto se hallaba a "tan solo" 26,000 años luz de distancia, ¡en nuestro propio patio trasero cósmico! Debido a que parecía encontrarse dentro de una fuente de radio grande y extensa a la que ya se conocía como Sagitario A, la llamaron Sagitario A* (que se pronuncia "Sagitario-A estrella").         Arriba: Los telescopios de rayos-X como el Observatorio de rayos-X Chandra, pueden detectar el brillo incandescente del gas sobrecalentado que cae arremolinándose hacia el interior de un agujero negro. Durante las dos últimas décadas, los astrofísicos han observado laboriosamente a Sagitario A* en longitudes de onda de radio, óptico y cercano-infrarrojo. La enorme velocidad (hasta de 1400 km por segundo) del gas y las estrellas arremolinándose alrededor del centro de la Vía Láctea, comenzaron a convencerlos de que algo pequeño pero masivo -- unos 2.6 millones de masas solares -- se hallaba oculto en el centro de nuestra galaxia. ¿Era acaso un agujero negro supermasivo, o tan sólo millones de estrellas más o menos ordinarias y densamente agrupadas?   Solamente las observaciones de rayos-X podrían suministrar la evidencia definitiva -- por dos razones -- porque los rayos-X son el característico último grito  silencioso de la materia cuando es finalmente engullida para siempre por un agujero negro, y porque solamente los rayos-X pueden penetrar la densa capa de gas y polvo que oscurece nuestra vista del centro galáctico. De este modo, se inició una carrera para ser el primero en detectar la fuente de rayos-X de Sagitario A*   Sólo unos meses después de su lanzamiento, en julio de 1999, Chandra tuvo éxito. El "Gran Observatorio" había logrado localizar una fuente de rayos-X que coincidía con Sagitario A*. Los astrofísicos, anunciando sus descubrimientos en enero del 2000, se encontraban muy entusiasmados por esta evidencia directa de un agujero negro supermasivo en el núcleo de la Vía Láctea. Solo que en medio de la euforia existia un problema: los rayos-X observados tenían sólo una quinta parte de la intensidad prevista por la teoría. En otras palabras, Sagitario A* era débil -- lo cual era extraño, puesto que los núcleos activos de las galaxias son siempre tan brillantes. Arriba: Imágenes de Sagitario A y A* tomadas desde el Observatorio de rayos-X Chandra. [más información] ¿Qué significado podría tener esta discrepancia? Observaciones posteriores en radio y rayos-X condujeron a los astrónomos a una posible respuesta: Diez mil años atrás una supernova explotó muy cerca de Sagitario A*. Los gases que se expandieron rápidamente barrieron mucho del gas y el polvo interestelar, impidiendo que el material local cayera dentro del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, y por lo tanto, dejándolo "hambriento". La disminución de la cantidad de material cayendo dentro del agujero negro, resultó en una menor emisión de rayos-X. Sin embargo, algo de material continúa cayendo. En el año 2001, justo antes de la llegada del ojo vigilante del Chandra, Sagitario A* aumentó repentinamente su brillo. En cuestión de minutos llego a tener 45 veces su intensidad normal. Y entonces, unas tres horas más tarde, volvió a desvanecerse hasta el nivel previo a la llamarada. ¡La energía liberada correspondía al agujero negro engullendo de repente un trozo de materia con la masa de un cometa o asteroide! Mas aún, por la forma específica en que los rayos-X se intensificaron y se desvanecieron, los astrofísicos calcularon que Sagitario A* tiene apenas unos 15 millones de kilómetros de diámetro -- menos de la cuarta parte del diámetro de la órbita alrededor del Sol del planeta Mercurio. Esta evidencia por observación directa de su pequeño tamaño, comparado con su enorme masa, parece concordar muy bien con el modelo de un agujero negro supermasivo.   Izquierda: Las estrellas de movimiento rápido en el año luz central de nuestra galaxia, la Vía Láctea, son mantenidas en su lugar debido a la gravedad de un agujero negro supermasivo. La marca de color amarillo indica la localización de Sagitario A*. [ más información] Aún así, el misterio clave sigue sin ser resuelto: ¿De donde vino el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea? Y en general, ¿de dónde se origina cualquier agujero negro supermasivo? "Estas son excelentes preguntas", declara Kniffen. "Los científicos siguen rompiéndose la cabeza con esto. Una idea es que los agujeros negros supermasivos se formaron cuando las galaxias aparecieron originalmente. Otra es que un agujero negro de masa estelar pudo empezar a acumular material y creció hasta volverse supermasivo. Una tercera posibilidad es que los agujeros negros supermasivos nacen a partir de grupos de agujeros negros más pequeños que se fusionan. O tal vez es otra cosa completamente diferente. Recientemente Chandra podría haber descubierto una conexión importante entre agujeros negros de masa estelar y los supermasivos: un agujero negro de 500 masas solares en la cercana e irregular galaxia M82 en la constelación de la Osa Mayor. Pero esto es también desconcertante, ya que el agujero negro ¡no está centrado en el núcleo de M82! ¿Será que el agujero negro eventualmente se hundirá en el centro de M82 y crecerá hasta convertirse en supermasivo? Nadie lo sabe. Y de esta manera, el misterio continúa. En cada vuelta, otra pista más aparece; algunas preguntas tienen respuesta, pero otras toman su lugar. "Estamos apenas tocando la superficie de este tema", dice Kniffen. Si Sherlock Holmes fuera un astrónomo...       Sumerjámonos en una parábola mitologica que nos ejemplifique algunas de las propiedades del entorno de un agujero negro. Supongamos que somos ``dioses'' para los seres de un mundo de dos dimensiones y que podemos observar su historia desde fuera de su plano de existencia. Nuestra divinidad procede del hecho de que nosotros somos seres de tres dimensiones. Nuestro ``súbditos'', de dos dimensiones, conocen la geometria euclidiana y saben que, en virtud de ésta, la longitud de una circunferencia es igual a veces el diámetro. Lo que no saben es que ésto es cierto porque viven en una región plana de la superficie de su mundo. Un dia un grupo de estos seres decide aventurarse en una región donde la leyenda dice que existe un agujero en el mundo y donde se perciben fenómenos extraños. En particular han oido comentar que la geometria euclidiana no funciona alli. Desde nuestra posición privilegiada sabemos que en dicha región la superficie deja de ser plana y se hunde, como si fuera de goma y la hubieran estirado, formando una especie de embudo que acaba en un agujero de unos 3 km de radio.     Este es el ``agujero'' del que han oido hablar los seres planos. La expedición de los seres planos sabe que dicha región se puede bordear para pasar al otro lado pero no sabe que ocurre si uno se encamina directo hacia su centro. También saben que las rarezas de la región comienzan cuando la geometria euclidiana deja de funcionar. Asi que de momento se quedan a una distancia de seguridad donde montan el campamento base y saben que su mundo es ``normal'' (es decir donde nosotros sabemos que la superficie es plana). Uno de los objetivos de la expedición consiste en determinar la distancia al agujero para tomar precuaciones. Para ello utilizan la mejor tecnologia de que disponen. Un grupo se dirige al otro lado del ``agujero'' rodeando éste y a una gran distancia de él (la geometria euclidiana todavia funciona en las inmediaciones). Llevan consigo un espejo. En este lado queda otro grupo con un láser, un detector de luz y un reloj extraordinariamente preciso. La idea consiste en enviar un haz de luz desde un extremo al otro que pase por el centro del ``agujero'' y que se refleje en el espejo y vuelva por el mismo camino. El tiempo que tarda el haz en ir y volver multiplicado por la velocidad de la luz es el doble de la distancia que separa ambos grupos. Si ambos están situados simétricamente respecto del agujero la cuarta parte del valor será la distancia que les separa del centro del ``agujero''. Tras un cierto tiempo la expedición descubre que este procedimiento no funciona. La luz se dirige hacia el centro del ``agujero''peronunca : Expedición de seres planos a la región del agujero del mundo. Los dos grupos de seres planos están representados por cuadrados oscuros. Uno de los grupos envia un haz de luz al otro grupo a través del agujero. La luz se desplaza por la superficie del mundo y es engullida por el agujero. Por el otro extremo no emerge nada. emerge de él por el otro lado. Es como si el ``agujero'' se tragara la luz. No se ve nada a través de él. Desde nuestra posición privilegiada observamos como el pincel de luz sale del láser y se dirige hacia el agujero deslizándose por la superficie del mundo hasta llegar al borde del ``agujero'' donde desaparece, pues ya no queda superficie por la que viajar. Deciden hacer otra prueba para comprobar que efectivamente el ``agujero'' es opaco, es decir es negro. Para ello encienden una bombilla que genera luz en todas las direcciones, en vez de en una dirección determinada como ocurria con el láser. En el otro lado se produce una conmoción, en la dirección del agujero no se ve nada pero han aparecido dos luces a ambos lados del ``agujero'' que parecen una la imagen especular de la otra. ¡Este lugar es realmente extraño!. Desde nuestra posición observamos que la luz de la bombilla sigue una trayectoria, pegada siempre a la superficie del mundo, que bordea el ``agujero'' y emerge a ambos lados de él. Los observadores del espejo creen que existen dos fuentes de luz diferentes y simétricamente colocadas respecto del agujero. El agujero funciona como una lente. Uno de los grupos de seres planos enciende una bombilla. La luz se propaga en todas las direcciones pero sólo dos rayos llegan al segundo grupo. El segundo grupo cree (lineas finas grises) que hay dos bombillas situadas a los lados del agujero.     En vista de que la primera prueba para determinar la distancia al centro del ``agujero'' ha resultado fallida la expedición opta por un método tradicional pero seguro. De momento estimaran la distancia dando una vuelta completa en torno al ``agujero''. En la primera vuelta miden una longitud de unos 176 km, es decir la expedición se encuentra a una distancia de 28 km del centro. El grupo de seres planos decide acercarse 7,47 km hacia su centro. Nuevamente dan una vuelta y descubren que la circunferencia tiene una longitud de 132 km, que corresponde a una distancia de 21 km del centro. ¡Pero eso no puede ser!, deberian estar a 20,53 km del centro. El misterio se acrecienta y la expedición se aproxima ahora 7,7 km más hacia el centro. Han recorrido 15,17 km desde el campamento base y deberian estar a 12,83 km del centro. El ``agujero'' que es negro aparece más grande en su horizonte de visión. Dan una vuelta más. La longitud que miden es de 88 km que corresponde a una distancia de 14 km respecto del centro. La expedición comienza a sentirse precocupada porque observan que las distancias parecen hacerse más largas a medida que se acercan al agujero. Recorridos realizados por la expedición de seres planos. Se ha marcado la longitud de cada circunferencia y los avances radiales hacia el centro del agujero. Obsérvese que las distancias recorridas a lo largo del embudo son más largas que si el desplazamiento se produjese por una superficie totalmente plana.   Para nosotros la situación es obvia: los seres planos están bajando por la superficie del embudo, acercándose al agujero y dando vueltas en torno a él, mientras piensan que se mueven por su acostumbrada región plana de la superficie del mundo donde las distancias serian más cortas. La expedición decide acercarse ahora 11,23 km más, es decir han recorrido 26,39 km respecto del campamento base. La leyenda dice que el ``agujero'' tiene 3 km de radio asi que esa aproximación les haria caer en él. Sin embargo descubren que todavia se encuentran en la superficie del mundo. Por tanto dan una vuelta completa y descubren que la circunferencia mide 31,4 km, es decir, están a 5 km del centro del agujero y a 2 km de su borde. Ciertamente la geometria euclidiana no funciona en este lugar tan extraño. ¡E s mejor no seguir avanzando!.       El ``agujero'' del mundo plano es el equivalente del agujero negro en nuestro universo. Como vemos, el espacio entorno al agujero se deforma, la superficie se estira hasta dar lugar a un embudo que se rompe en lo que se denomina el horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos marca la frontera en el espacio-tiempo entre el agujero negro y su exterior. El tiempo también se deforma en las cercanias de un agujero negro. Un observador plano que no se hubiera aventurado con la expedición hacia el ``agujero'' observaria como ésta tarda un tiempo infinito en acercarse al centro. Esta sensación no la tienen los miembros de la expedición que se acercan a él, que cronometran un tiempo determinado hasta llegar al borde. Esta pequeña historia, muy simplificada, nos ha mostrado como el espacio y el tiempo cambian en las proximidades de un agujero negro.     Modelo simplificado que ilustra la afirmación de Einstein de que la luz sigue un camino curvado cuando pasa cerca de un objeto masivo. El espacio puede ser considerado como una lámina tensada por el Sol (amarillo). Cuando la luz de una distante estrella (línea continua) pasa cerca del Sol en su camino hacia la Tierra (marrón), seguirá la superficie combada de la lámina. Vista desde el planeta, la posición aparente de la estrella (línea blanca punteada) diferirá de su posición real en una magnitud predecible     Copyright ©MMVII Taller 54.  -  Continente de las dos Lunas All images on this site are copyright © 2004 by Taller 54, Diciembre 7 2003- marzo 7 2004  (except those specifically credited to other artists, in which case are copyright © by the individual artist) all rights reserved, and cannot be duplicated, printed, displayed or used in any fashion without the express written consent of the artist.

4/05/2003