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Histórico, la primera imagen de un agujero negro

Por fin se ha obtenido la primera imagen de un agujero negro, concretamente del que se encuentra en el centro de la galaxia M87, un agujero negro supermasivo a 55 millones de años luz de nosotros y que es 6500 millones de veces más masivo que el Sol. Lo ha conseguido el proyecto mundial Event Horizon Telescope, en el que mediante muchos radiotelescopios del mundo se ha conseguido mediante interferometria crear entre todos ellos un radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad sin precedentes, en el que han colaborado más de 200 científicos de todo el mundo. La imagen obtenida corresponde al horizonte de sucesos, una zona limite del agujero negro donde se ilumina la materia antes de ser engullida por el agujero negro. Esta es la histórica imagen:

Primera imagen de un agujero negro, se puede ver el horizonte de sucesos iluminado, Créditos: Proyecto Event Horizon Telescope

Gracias a esta imagen se ha podido comprobar la teoría de la relatividad de Einstein que ya preveía como sería una agujero negro, estudiando los enormes e históricos resultados se podrá saber mucho más sobre estos exóticos e increíbles objetos.

¿Qué es un agujero negro exactamente?

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella.

Se define también como una ROTURA DEL ESPACIO-TIEMPO

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La curvatura del espacio-tiempo es una de las principales consecuencias de la teoría de la relatividad general de acuerdo con la cual la gravedad es efecto o consecuencia de la geometría curva del espacio-tiempo. Los cuerpos dentro de un campo gravitatorio siguen una trayectoria espacial curva, aún cuando en realidad pueden estar moviéndose según líneas de universo lo más “rectas” posibles a través un espacio-tiempo curvado.

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Imaginemos que estiramos una sabana, y estirada dejamos en su centro una bola de hierro. La sabana se hundirá por el peso de la bola, ese hundimiento del espacio lo genera la gravedad, es espacio se deforma, sí ahora dejamos sobre la sábana otra bola más pequeña será atraída hacia la más grande ya que el espacio se ha deformado y cae hacia ella. La gravedad genera en el espacio esos pozos, cuando se rompe ese espacio se produce un agujero negro.

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Sí nuestro Sol concentrara toda su masa hasta unos 3 km de diámetro. En ese punto la luz se retendría  debido a la enorme gravedad. Sí este corazón estelar se comprime hasta que tenga densidad infinita y volumen cero estaremos ante un agujero negro. Se genera un singularidad y  un agujero negro. Se produce la rotura del espacio y del tiempo.

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La gravedad de un agujero negro, provoca una singularidad envuelta por una superficie cerrada,llamada horizonte de sucesos. Esto es previsto por las ecuaciones de campo de Einstein. El horizonte de sucesos separa la región del agujero negro del resto del universo y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula puede salir, incluyendo los fotones. Dicha curvatura es estudiada por la relatividad general, la que predijo la existencia de los agujeros negros y fue su primer indicio.

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No todas las estrellas se acaban convirtiendo en agujeros negros. Podemos saberlo a partir de la masa del sol:

-Sí una estrella es menor en 1.4 veces la masa del Sol se convertiría en una enana blanca.

-Sí la masa se haya entre 1.4Ms y 3Ms se convertiría en una estrella de neutrones alcanzando altas densidades, estas estrellas son las causantes de los pulsares (altas rotaciones emitiendo energía electromagnética).

-Sí la estrella tiene una masa superior a 3Ms el colapso de la misma la convertirá en un agujero negro.

¿Porque no puede escapar la luz de un agujero negro?

-Nada puede superar la velocidad de la luz, para escapar es necesario superar la velocidad de escape de un agujero negro que es superior a la velocidad de la luz.

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Si en esa formula cambiamos v por la velocidad de la luz y despejamos R, obtenemos el radio de Scwarzschild, que nos da el radio del horizonte de sucesos, que es la imagen que ha podido obtener el proyecto Event Horizon Telescope. Cuanto mayor masa tenga una estrella y menor radio tendrá muchas posibilidades de convertirse en un agujero negro.

Partes de un agujero negro:

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Tipos de agujeros negros:

Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Se hallarían en el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a los componentes esféricos de las galaxias.

Agujeros negros de masa estelar. Se forman cuando una estrella de masa 2,5 veces mayor que la del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más. Este es el tipo de agujeros negros postulados por primera vez dentro de la teoría de la relatividad general.

Micro agujeros negros. Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los estelares. Si son suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período relativamente corto mediante emisión de radiación de Hawking.

Como los detectamos:

-Se detectan por la alta emisión de radiación que realizan y por las altas velocidades de las estrellas que los rodean. Y ahora por primera vez hemos obtenido su histórica imagen, lo que nos ayudará a saber más sobre como se comportan estos impresionantes objetos y a corroborar la teoría de la relatividad de Einstein, un genio que que ya preveía como sería una agujero negro.

Para saber más:

Event Horizon Telescope

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Enormes flujos de material en las proximidades del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

El telescopio XMM-Newton de la ESA ha descubierto dos enormes flujos de material en las proximidades del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea (Sagitario A*) en dos enormes burbujas cósmicas ya descubiertas en 2010 por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi y llamadas Burbujas de Fermi, La imagen obtenida desde el XMM-Newton es realmente espectacular:



Este mapa revela largos canales de gas muy caliente, cada uno de los cuales se extiende en cientos de años luz, pasando por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea .Créditos imagen: XMM-Newton

El núcleo de nuestra Galaxia todavía es bastante activo, aunque en general se cree que la galaxia no tiene mucha actividad, pero en las cercanías del agujero negro la actividad es espectacular: estrellas moribundas explotando violentamente y lanzando su material al espacio, estrellas binarias girando una alrededor de la otra; y Sagitario A *, un agujero negro gigante (cuatro millones de masas solares), espera a devorar todos esos materiales, y luego expulsar la radiación y las partículas energéticas.

Los gases de la burbuja de Fermi.

La siguiente ilustración muestra la luz de varios cuásares distantes atravesando la mitad norte de las burbujas de Fermi. Estas enormes burbujas son dos grandes estructuras de rayos gamma que se extienden a ambos lados del centro galáctico de la Vía Láctea y que son debidas como hemos visto a una enorme expulsión de gases emitidos desde el agujero negro que tenemos en el centro de la galaxia. El telescopio espacial Hubble sondeó la luz de estos cuásares para obtener información sobre la velocidad del gas de la burbuja y si el gas se está moviendo hacia o lejos de la Tierra. En base a la velocidad del material, se ha estimado que las burbujas se formaron a partir de un evento muy energético  hace entre 6 y 9 millones de años.

burbuja vía láctea

El diagrama de la parte inferior izquierda muestra la medición del gas que se mueve hacia y fuera de la Tierra, (azul acercamiento y rojo alejamiento) lo que indica que el material se desplaza a una velocidad alta hacia nosotros.

Hubble también observó la luz de los cuásares fuera de la burbuja del lado norte del centro galáctico, observando un tipo de gas que no comparte las mismas características que la burbujas de Fermi y que está estático dentro de la galaxia.

Como veis ya se conocía l existencia de estas enormes burbujas en la galaxia, ahora el telescopio espacial XMM-Newton abrirá nuevas ventanas de investigación, el telescopio podría escanear una región significativamente más grande del núcleo de la Vía Láctea, lo que nos ayudaría a mapear las burbujas y el gas caliente que rodea nuestra Galaxia, así como sus conexiones con otros componentes de la Vía Láctea y descubrir cómo todo está vinculado entre sí.

Para saber más:

Galactic chimneys and bubbles

Un viaje a Sagitario A*, el enorme agujero negro del centro de la galaxia

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella.

Se define también como una ROTURA DEL ESPACIO-TIEMPO. En el centro de nuestra galaxia tenemos uno enorme, el llamado Sagitario A* de cuatro millones de masas solares.

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Observación del centro galáctico donde se encuentra Sagitario A*

Mediante el instrumento GRAVITY de ESO se ha estudiado este tremendo agujero negro y se han hallado evidencias de grupos de gas girando alrededor del 30% de la velocidad de la luz en una órbita circular justo fuera de Sagitario A*, orbitando ya en zonas de no retorno, en el vídeo siguiente se puede ver un zoom al centro galáctico y una animación con la explicación de las observaciones.

Este video comienza con una vista amplia de la Vía Láctea y luego se enfoca en una visualización de datos de simulaciones de movimientos orbitales de gas que giran alrededor del 30% de la velocidad de la luz en una órbita circular alrededor del agujero negro supermasivo Sagitario A * . Créditos: ESO / Gravedad Consorcio / L. Caminar / N. Risinger (skysurvey.org)

En 2014 se obtuvo también una imagen espectacular de movimiento de polvo, esta fue obtenida desde el VLT (Very Large Telescope de ESO),  muestra el movimiento de una nube de gas y polvo en su acercamiento y alejamiento por el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia, a esta nube de polvo se la llamó “G2”. Podemos ver en la imagen siguiente la posición de la nube en los años 2006, 2010, 2012 y 2014. A las imágenes se les ha dado color para mostrar el movimiento de la nube: rojo (el objeto se aleja) y azul (el objeto se acerca). La cruz marca la posición del agujero negro supermasivo. Por lo que se puede apreciar con esta composición de imágenes es que la nube de polvo sobrevivió al paso cercano por el agujero negro.

G2_agujeronegro
Imagen de: ESO/A. Eckart, rótulos Mi Universo Blog

Se cree que esta nube de polvo ha sobrevivido a su paso porque no lo haría a la distancia necesaria como para ser engullido por el agujero negro y a que tal vez se trate de un objeto mucho más masivo y no una simple nube de gas y polvo. G2 no parece haber sido estirada de manera significativa, por lo que se cree que es un objeto muy compacto. Lo más probable es que sea una estrella joven con un núcleo masivo que sigue acretando material.

Para saber más:

¿Qué es un agujero negro?

El impresionante centro de nuestra galaxia en 360º

Un espectacular vídeo en 360º sumerge a los espectadores en una impresionante simulación del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. La visualización fue realizada con datos del telescopio espacial Chandra y otros telescopios permitiendo a los espectadores la exploración de esta región desde diversos puntos de vista.

Créditos: Observatorio rayos x Chandra

Desde el punto de vista del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, Sgr A*, se pueden observar alrededor de 25 estrellas Wolf-Rayet (objetos blancos centelleantes) mientras expulsa continuamente vientos estelares (escala de color negro a rojo a amarillo). Estos vientos chocan entre sí, y luego parte de este material (manchas amarillas) gira en espiral hacia Sgr A*. El vídeo muestra dos simulaciones, cada una de las cuales comienza alrededor de 350 años en el pasado y abarca 500 años. La primera simulación muestra al agujero supermasivo en estado de calma, mientras que la segunda lo muestra más violento y expulsando material.

Para saber más:

La Vía Láctea

Agujeros negros

Estrellas Wolf-Rayet

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Miles de agujeros negros en el centro de la Galaxia

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella.

Se define también como una ROTURA DEL ESPACIO-TIEMPO, pues bien astrofísicos de la misión Chandra han descubierto la evidencia de miles de agujeros negros ubicados cerca del centro de nuestra galaxia a partir de datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Se trata de agujeros negros de masa estelar (entre cinco y 30 veces la masa del sol).

Estos agujeros negros se encontraron a una distancia de tres años luz del agujero negro supermasivo que tenemos en  el centro de nuestra galaxia conocido como Sagitario A * (Sgr A *).


CapturaEn nuestra Galaxia hay un agujero negro supermasivo, el denominado Sagitario A.

Los estudios teóricos de la dinámica de las estrellas en las galaxias indican que una gran población de agujeros negros de masa estelar, hasta 20.000 , podrían derivar hacia el centro de la galaxia y acumularse alrededor de Sgr A *. Un agujero negro por sí mismo es invisible, no se ve en el visible, pero, un agujero negro, o estrella de neutrones,  encerrado en una órbita cercana con una estrella extrae muchísimo gas de su compañera. Este material cae en un disco y se calienta hasta millones de grados y emite rayos X antes de desaparecer tragado por el agujero negro. Algunos de estos binarios de rayos X aparecen como fuentes puntuales en la imagen de Chandra. Por eso en cierto modo podemos apreciar su presencia, como se ve en esta espectacular imagen:

sgra_swarm_sourcesCrédito de la imagen: NASA / CXC / Columbia Univ./C. Hailey et al.

En la siguiente imagen de las Partes de un agujero negro podemos ver el  disco de acreción que se forma al interactuar con una estrella:

Captura

Los agujeros negros observados son de masa estelar pero hay muchos tipos de agujeros negros:

Agujeros negros supermasivos: con masas de varios millones de masas solares. Se hallarían en el corazón de muchas galaxias. Se forman en el mismo proceso que da origen a los componentes esféricos de las galaxias.

Agujeros negros de masa estelar. Se forman cuando una estrella de masa 2,5 veces mayor que la del Sol se convierte en supernova e implosiona. Su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más. Este es el tipo de agujeros negros postulados por primera vez dentro de la teoría de la relatividad general.

Micro agujeros negros. Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los estelares. Si son suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período relativamente corto mediante emisión de radiación de Hawking.

Conocer la cantidad de agujeros negros en el centro de una galaxia típica puede ayudar a predecir con mayor precisión cuántos eventos de ondas gravitacionales pueden estar asociados con ellos

Para saber más:

http://www.nasa.gov/chandra

¿Qué es un agujero negro?

logi

Los gigantescos agujeros negros supermasivos del Universo

Se están descubriendo agujeros negros supermasivos mucho más grandes de lo que se creía posible: miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.
Un grupo de astrónomos ha estudiado 72 galaxias a una distancia de 3.500 millones de años luz de la Vía Láctea. Gracias a los datos recogidos por el Observatorio de rayos X Chandra, el telescopio orbital de la NASA, Julie Hlavacek-Larrondo (dip. Física de la Universidad de Montreal, Canadá) cree que ha descubierto lo que podría ser el más gigantesco de los negros agujeros supermasivos del Universo conocido, los resultados de sus observaciones están en línea en avisos mensuales, publicados por la Royal Astronomical Society.

agujero negro supermasivoCréditos: X-ray: NASA/CXC/Penn. State/G. Yang et al & NASA/CXC/ICE/M. Mezcua et al.; Optical: NASA/STScI; Illustration: NASA/CXC/A. Jubett

Estos nuevos estudios sugieren que los agujeros negros crecen más rápidamente que las galaxias que habitan, esto desafía la idea de que los agujeros negros supermasivos crecen al unísono con sus galaxias, aún no se sabe exactamente por qué los agujeros negros más masivos crecerían más rápidamente y esto continuará siendo un área activa de investigación.

Pero… ¿qué es un agujero negro?

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Seguir leyendo Los gigantescos agujeros negros supermasivos del Universo

Descubierto el agujero negro más antiguo

Hay mucho desconocimiento del universo más primitivo, la mayoría de los objetos celestes de esa época han desaparecido hace muchísimo tiempo, y los que todavía existen desde nuestra perspectiva en la galaxia están muy distantes. Es por eso que encontrar agujeros negros antiguos es tan importante ya que nos pueden desvelar cómo era el Universo en sus inicios. Un estudio de varios equipos de astrónomos acaba de descubrir del agujero negro supermasivo más antiguo hasta la fecha. Se formó solo 690 millones de años después del Big Bang, cuando el universo tenía un 5 por ciento de su edad actual.

El objeto descubierto se denomina ULAS J1342 + 0928 y está ubicado a unos 13.100 millones de años luz de la Tierra. Estiman su masa en 800 millones de veces la del sol. Es muy grande pero no es el mayor descubierto, la galaxia M87 tiene un agujero negro supermasivo en su centro que pesa alrededor de 7 mil millones de veces más que el sol. Pero 800 millones de masas solares en el universo temprano es algo absolutamente inesperado.

Comprender cómo el agujero negro se hizo tan grande tan rápido podría ser vital para desvelar  los misterios de un momento crucial en la formación del Universo, la llamada época de reionización. Durante este tiempo, el hidrógeno neutro impidió que la luz viajara libremente en el universo. Después de esa etapa se formaron las estrellas e iniciaron la ionización. J1342 + 0928 nació en esta época, por lo que estudiarlo podría ayudarnos a comprender cómo ocurrió la reionización. El estudio señala que la mayor parte del hidrógeno alrededor de J1342 + 0928 parece tener carga neutra…

Para saber más:

¿Qué es un agujero negro?

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Premio Nobel de Física por la detección de las ondas gravitacionales

El Premio Nobel de Física 2017 ha sido otorgado para los físicos: Raider Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, por la primera observación experimental directa de las ondas gravitacionales. Fue el 14 de septiembre de 2015 cuando se observaron estas ondas tan especiales, de las cuales Albert Einstein ya había predicho su existencia 100 años antes. Los tres investigadores fueron los artífices de la cooperación internacional que permitió la implementación de los instrumentos Ligo y Virgo.

nobel

Pero, ¿Qué son las Ondas gravitacionales?

Las Ondas gravitacionales fueron predichas por el físico Albert Einstein en 1916, como consecuencia de su teoría de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio – tiempo producidas por un cuerpo masivo acelerado, son acontecimientos muy violentos en el universo distante, por ejemplo, por la colisión de dos agujeros negros o por explosiones de supernovas .

ondulaciones espacio tiempo

Ondulaciones en el espacio-tiempo generadas por las estrellas de órbitas muy rápidas (estrellas de neutrones, enanas blancas o agujeros negros). ver animación

En la teoría de Einstein de la relatividad general,la gravedad es tratada como un fenómeno resultante de la curvatura del espacio-tiempo. Esta curvatura es causada por la presencia de masa. Generalmente, cuanto más masa esté contenida dentro de un volumen determinado del espacio, mayor es la curvatura del espacio-tiempo en el límite de este volumen.  Como objetos con masa se mueven en el espacio-tiempo, la curvatura cambia para reflejar las distintas ubicaciones de esos objetos. En ciertas ocasiones, los objetos muy acelerados generan cambios en esta curvatura, que se propagan hacia el exterior a la velocidad de la luz en una forma de onda. Estos fenómenos de propagación son conocidos como ondas gravitacionales.

Estas ondulaciones en el tejido espacio-temporal puede  llevar información acerca de sus violentos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede ser obtenida por otras herramientas astronómicas. La influencia de las emisiones de ondas gravitacionales en los sistemas de púlsar binario (dos estrellas de neutrones orbitando entre sí) se han medido con precisión y está en excelente acuerdo con las predicciones:

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En 1993, los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Premio Nobel por este trabajo (realizado en los años 70 y 80).
Por fin un proyecto científico las pudo detectar en 2015, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que ha sido reconocido con el Nobel de Física 2017.

Las ondas gravitatorias tienen propiedades muy importantes y únicas. Una de las más importantes es que las ondas gravitatorias pueden pasar a través de cualquier medio sin ser dispersada de manera significativa. Mientras que, por ejemplo, la luz de las estrellas distantes pueden ser bloqueados por el polvo interestelar las ondas gravitacionales pasarán sin impedimentos. Estas características permiten a estas ondas llevar información sobre fenómenos astronómicos nunca antes observadas por los seres humanos. Por lo tanto se nos abre un camino increíble en el estudio del Cosmos.

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Los gases de la Burbuja de Fermi

Esta ilustración muestra la luz de varios cuásares distantes atravesando la mitad norte de las burbujas de Fermi. Estas enormes burbujas son dos grandes estructuras de rayos gamma que se extienden a ambos lados del centro galáctico de la Vía Láctea, se cree que son debidas a una enorme expulsión de gases emitidos desde el agujero negro que tenemos en el centro de la galaxia. El telescopio espacial Hubble sondeó la luz de estos cuásares para obtener información sobre la velocidad del gas de la burbuja y si el gas se está moviendo hacia o lejos de la Tierra. En base a la velocidad del material, se ha estimado que las burbujas se formaron a partir de un evento muy energético  hace entre 6 y 9 millones de años.

burbuja vía lácteaEl diagrama de la parte inferior izquierda muestra la medición del gas que se mueve hacia y fuera de la Tierra, (azul acercamiento y rojo alejamiento) lo que indica que el material se desplaza a una velocidad alta hacia nosotros.

Hubble también observó la luz de los cuásares fuera de la burbuja del lado norte del centro galáctico, observando un tipo de gas que no comparte las mismas características que la burbujas de Fermi y que está estático dentro de la galaxia.

Para saber más:

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