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Ondas gravitacionales ¿Qué son?

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 ha detectado, el proyecto LIGO (Estados Unidos), que seguramente pueda ser el futuro novel.

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 las ondas gravitacionales 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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¿Qué es un agujero negro?

Definición: 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

Captura

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. Seguir leyendo ¿Qué es un agujero negro?

¿Qué es un Agujero Negro?

Definición: 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. 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.

En nuestra Galaxia hay un agujero negro supermasivo, el denominado Sagitario A:

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*Complemento: La Ciencia de Interstellar, infografía de Space.com

Diagrams explain the physics concepts of

Source SPACE.com: All about our solar system, outer space and exploration.