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Hoyos Negros Lonnie Pacheco

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Hoyos Negros Lonnie Pacheco

  1. 1. LOS HOYOS NEGROS Por Lonnie Pacheco Jason Lawrence
  2. 2. Esta conferencia llega a Usted gracias a www.astronomos.org
  3. 3. Los hoyos negros fascinan a muchos, aunque pocos los entienden en verdad
  4. 4. Un hoyo negro es un objeto tan masivo y con un campo gravitatorio tan concentrado que ni siquiera la luz puede escapar de sus lazos
  5. 5. Algunos dicen que en el centro de la Galaxia del Centauro hay un hoyo negro que se tragará a toda la galaxia
  6. 6. Otros se imaginan que la Tierra corre peligro de ser devorada por uno
  7. 7. ¿Acaso el hoyo negro aspira todo lo que encuentra a su paso?
  8. 8. ¿Fue un hoyo negro el que chocó en Tunguska?
  9. 9. ¿Cómo suponer que la luz pudiera ser capturada por un objeto así?
  10. 10. ¡Si la luz parece viajar a una velocidad infinita!
  11. 11. Uno de los primeros hombres en tratar de determinar si la luz tenía velocidad fue Galileo
  12. 12. Corría la primera década de 1600. Galileo y un ayudante se colocaron a distancia en dos cumbres El ayudante sostuvo una linterna (antorcha) tapada, misma que en repetidas ocasiones descubrió rápidamente
  13. 13. Ingenuamente, Galileo intentó contar el tiempo desde que la linterna era destapada hasta que la luz era visible
  14. 14. La luz pareció llegar siempre simultáneamente, sincronizada
  15. 15. Obviamente Galileo no consideró que la misma imagen de su ayudante viajaba también a la misma velocidad de la luz
  16. 16. Resultado: la luz viajaba demasiado rápido para ser medida o efectivamente, tenía una velocidad infinita
  17. 17. De alguna manera, los descubrimientos de Galileo sí llevaron a la determinación de que la luz tenía una velocidad
  18. 18. Galileo se había distinguido por ser el primer hombre en descubrir los satélites de Júpiter
  19. 19. Una observación constante mostraba a los satélites transitar ocasionalmente frente al planeta Sociedad Astronomica de Hong Kong
  20. 20. Observaciones detalladas posteriores permitieron calcular con mucha precisión el período orbital de cada uno De este modo que se podía predecir cuándo y dónde aparecería uno de estos satélites en fechas futuras
  21. 21. En 1676, Ole Christensen Roemer fue el primero en descubrir “accidentalmente” que la luz tenía una velocidad limitada Ole Christensen Roemer 1675-1676
  22. 22. El astrónomo danés notó que los satélites de Júpiter llegaban “tarde” a su cita, pues llegaban retrasados a la posición calculada Antonio Cidadao
  23. 23. Roemer notó que esto sucedía sólo cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra Pero cuando se reducía la distancia al planeta gigante las cosas se normalizaban y los satélites llegaban puntuales a la posición calculada
  24. 24. No era posible que la Tierra influyera de alguna manera para hacer que los satélites galileanos giraran más rápido alrededor de Júpiter
  25. 25. Lo más evidente para Roemer era que cuando Júpiter estaba más lejos de la Tierra, su luz –y la de sus satélites- se tardaba más 1000 segundos Esto –pensó él- era porque tenía que recorrer una distancia mayor
  26. 26. 300,000,000 Km. 1000 segundos
  27. 27. Roemer calculó, en base a esto, que la luz viajaría a unos 225,000 km/seg. ¡Nada mal! Considerando la época en que se realizó este experimento y que el valor actual es de poco menos de 300,000 km/seg 300,000,000 Km. 1000 segundos 300,000,000 Km. = 300,000 Km/seg 1000 segundos
  28. 28. Roemer calculó que la luz viajaría a unos 225,000 km/seg. ¡Nada mal!, considerando la época (1676) en que se realizó este experimento y que el valor actual es de poco menos de 300,000 km/seg Ole Christensen Roemer 225,000 Km/seg.
  29. 29. Once años después, en 1687, Newton publicó su famosa obra Principia, donde expone las leyes fundamentales del movimiento de los cuerpos y de la gravitación universal
  30. 30. En sus enunciados establece que toda masa genera un campo gravitacional. Este campo actuará en los objetos que le rodean
  31. 31. La atracción gravitacional dependerá de la masa y de la distancia. A mayor masa mayor atracción. A mayor distancia menor atracción
  32. 32. Los objetos de mayor masa dominan sobre los objetos de menor masa En el Sistema Solar domina la masa del Astro Rey
  33. 33. Masa del Sol: 332,946 Masas Terrestres
  34. 34. Y la luz...¿tiene masa? Si así es, entonces la luz debe ser dominada por los objetos masivos.
  35. 35. Basándose en la Teoría de Gravedad de Newton y en el supuesto de que la luz tuviera masa, en 1783 John Michell escribió que si una estrella fuera lo suficientemente masiva y compacta, la atracción gravitacional sería tan alta que hasta la luz sería atraída por la estrella y ¡no podría escapar de ella! Michell las llamó estrellas oscuras
  36. 36. Michell las llamó estrellas oscuras (1783)
  37. 37. Poco después (1794) el marqués de Laplace –científico francés- sugirió independientemente una idea similar
  38. 38. ¡Qué mala onda! Pierre Simon Laplace ...pero ante la prevaleciente idea de que la luz era una onda y no una partícula, dejó de promover sus “descabelladas” ideas
  39. 39. ¿Partículas?
  40. 40. ¿Ondas?
  41. 41. Finalmente, dominó la creencia de que la Luz se propagaba por ondas, como el agua y el sonido
  42. 42. Si la Luz no estaba formada por partículas, entonces seguramente la gravedad tenía un efecto nulo en ella
  43. 43. Pero luego Einstein demostró que la luz se comportaba corpuscularmente –como sólido- mediante el experimento del efecto fotoeléctrico
  44. 44. Einstein demostró que la luz (energía) y la materia eran intercambiables y que formaban parte del Universo junto con el espacio y el tiempo 2 E=mc Albert Einstein 1916
  45. 45. De acuerdo con Einstein, la topografía del espacio-tiempo depende de la distribución de la materia Una concentración de masa distorsiona el espacio y el tiempo
  46. 46. Esta expresión describe al Universo mismo 2 E=mc Sin embargo Einstein no se preocupó por hacer predicciones en situaciones extremas
  47. 47. ¿Qué sucedería en aquellos lugares donde la materia se concentrara masivamente?
  48. 48. En 1916 un matemático alemán, Karl Schwarzschild, demostró –usando la física de Einstein- que el campo gravitacional de una estrella súper masiva podría no sólo desviar el curso de la luz, sino ¡llegar al extremo de atraparla! 2 E=mc Karl Schwarzschild 1916
  49. 49. La curvatura del espacio-tiempo sería tan pronunciada que terminaría doblándose sobre sí misma
  50. 50. Schwarzschild envió su propuesta a Einstein y éste quedó muy complacido y sorprendido por la simpleza de la solución matemática Einstein presentó el resultado a la academia como “singularidad de Schwarzschild”.
  51. 51. El modelo de Schwarzschild era bastante exótico, describía que la curvatura del espacio-tiempo alrededor de un objeto masivo cuyo material estaría confinado a un solo punto: la Singularidad Singularidad de Schwarzschild “T”
  52. 52. Cuando Einstein estudió el caso de la singularidad, se sintió perturbado al descubrir que el modelo predecía que alrededor de ella existía una “superficie” que –una vez cruzada- no conocía retorno Singularidad de Schwarzschild
  53. 53. Los objetos serían trasladados a una Dimensión Desconocida
  54. 54. La superficie sería una frontera sin retorno Cualquier intruso que la cruzara sería expulsado de este Universo
  55. 55. ¡¡¡ Qué buena broma!!! ¡¡¡ ESO NO PUEDE SER !!!
  56. 56. ¡¡¡ He creado un monstruo !!!
  57. 57. Schwarzchild debe estar equivocado Desde entonces, Einstein hizo todo lo posible por demostrar que un objeto así no podría existir
  58. 58. Una estrella “fría” y densa no puede detener el colapso gravitacional Subrahmanyan Chandrasekhar En 1928, un graduado hindú de nombre Subrahmanyan Chandrasekhar (Chandra para la raza) descubrió matemáticamente que una estrella “fría” y densa como una enana blanca no sería capaz de detener el colapso gravitacional si su masa llegaba a unas 1.5 veces la masa del Sol
  59. 59. . El rechazo entre electrones (la degeneración de electrones) no tendría suficiente fuerza para evitar que la estrella fuera comprimida a una mayor densidad
  60. 60. O. MASA CRITICA: 1.5 M
  61. 61. Chandra dijo que la enana blanca no era indestructible
  62. 62. masa de neutrones Poco después, el científico ruso Lev Davidovich Landau llegó a la misma conclusión, si bien fue un poco más lejos al concluir que la masa resultante sería una “estrella” de neutrones
  63. 63. Estrella de neutrones MESSIER 1 (1967) Gilbert Jones
  64. 64. 1967
  65. 65. Sir Arthur Eddington
  66. 66. Subrahmanyan Chandrasekhar PREMIO NOBEL DE FISICA (1983)
  67. 67. Robert Oppenheimer y Hartland Snyder 1939 OPPENHEIMER
  68. 68. Robert Oppenheimer y Hartland Snyder 1939
  69. 69. Robert Oppenheimer y Hartland Snyder 1939
  70. 70. HOYOS NEGROS JOHN WHEELER John Wheeler 1967-69
  71. 71. Un Hoyo Negro es, en resumidas cuentas El colapso gravitacional de una estrella masiva
  72. 72. Su velocidad de escape supera a la luz VELOCIDAD DE ESCAPE ¿ Qué es la velocidad de escape ?
  73. 73. Velocidad de Escape Es la velocidad necesaria para abandonar un cuerpo (sin retornar hacia él)
  74. 74. Ve = 11.2 km/s
  75. 75. Trayectoria parabólica
  76. 76. Trayectoria elíptica
  77. 77. Trayectorias parabólicas o hiperbólicas
  78. 78. Secciones Cónicas Trayectorias posibles
  79. 79. Velocidad de Escape (V.e.) r = radio, distancia al centro del cuerpo m = masa del cuerpo G = Constante Gravitacional (deducida por Newton) = 6.672 x 10 –11 N m2 kg-2
  80. 80. Entonces... Si aumenta la masa, aumenta la Velocidad de escape y, Si se reduce el radio, aumenta la Velocidad de escape
  81. 81. Ve= 11.2 km/s
  82. 82. Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s
  83. 83. Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s Ve= 59.6 km/s
  84. 84. Ve= 617.5 km/s Ve= 2.4 km/s Ve= 11.2 km/s Ve= 59.6 km/s
  85. 85. Enana Blanca 1 Masa Solar Ve= 5,500 km/s Volker Wendel y Bernd Flach-Wilken
  86. 86. Estrella de neutrones 1 Masa Solar* Ve= 125,000 km/s
  87. 87. Hoyo Negro 1 Masa Solar* Ve= 300,000 km/s
  88. 88. ¡RECUERDA! Si aumenta la masa, aumenta la Velocidad de escape y, Si se reduce el radio, aumenta la Velocidad de escape
  89. 89. r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s
  90. 90. A ¼ de su tamaño actual r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s
  91. 91. 1,000 veces más pequeña aún r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s r= 1.6 km Ve= 630 km/s
  92. 92. Ve= 617.5 km/s Ve= 630 km/s ¡ Su velocidad de escape sería superior al la del Sol !
  93. 93. ¿Qué sucedería si la Tierra fuera reducida al tamaño de una uva?
  94. 94. Su velocidad de escape sería de 300,000 km/s SERIA UN HOYO NEGRO
  95. 95. No se requiere demasiada masa para hacer un hoyo negro r= 6,378 km Ve= 11.2 km/s r= 1,595 km Ve= 22.4 km/s r= 1.6 km Ve= 630 km/s r= 8 mm Ve= 300,000 km/s
  96. 96. Un hoyo negro es un objeto cuya velocidad de escape es igual o superior a 300,000 km/s
  97. 97. No existen mecanismos que puedan aplastar la Tierra lo suficiente para alcanzar esa condición
  98. 98. No existen mecanismos que puedan aplastar la Tierra lo suficiente para alcanzar esa condición Sin embargo, las estrellas supermasivas someten sus núcleos a presiones altísimas 10 17 kg/m3
  99. 99. El Sol “sólo” tiene una densidad de 1.5 x 105 kg/m3 en el núcleo (150,000 kg/m3)
  100. 100. ¿Qué pasaría si el Sol se convirtiera en Hoyo Negro?
  101. 101. ¿Se comería a todos los planetas?
  102. 102. RADIO DE SCHWARZCHILD Velocidad de Escape Radio de Schwarzchild c = Velocidad de la luz
  103. 103. Velocidad de Escape Si aumenta la masa, aumenta la velocidad de escape Radio de Schwarzchild Si aumenta la masa, aumenta el Radio de Schwarzchild
  104. 104. Rs = 8 mm Rs = 3 km Rs 1.4 MO = 4.2 km. Rs 3MO = 9 km.
  105. 105. Rs 10 MO = 30 km.
  106. 106. La singularidad de Schwarzchild estaría en el centro . Sin embargo, bastaría acercarse 30 km para que la luz no pueda escapar La singularidad es rodeada por el radio de Schwarzchild
  107. 107. HORIZONTE DE LOS EVENTOS Superficie HORIZONTE DE LOS EVENTOS
  108. 108. ¿ Por qué se llama horizonte de los eventos ? Porque no podemos ver más allá de él.
  109. 109. En teoría, la superficie del horizonte de los eventos es esférica . No es palpable y representa la frontera del NO RETORNO
  110. 110. Un hoyo negro puede ser orbitado por un cuerpo
  111. 111. Pero no hay escapatoria si ingresa al horizonte de los eventos El objeto se contrae hacia una densidad y tiempo infinitos
  112. 112. El Hoyo Negro rompe toda relación con el mundo físico Las Leyes Universales se “quedan” afuera
  113. 113. Nadie sabe qué sucede en el interior del Hoyo Negro Es impredecible
  114. 114. ¿Otra Dimensión ?
  115. 115. ¿ Otro Tiempo ?
  116. 116. Puede haber cosas insospechadas
  117. 117. X
  118. 118. PRINCIPIO DE CENSURA COSMICA PRINCIPIO DE CENSURA COSMICA
  119. 119. Una singularidad estará siempre arropada por un horizonte de eventos . No existe intercomunicación entre el Universo y la Singularidad La materia se desnaturaliza cuando ingresa al Hoyo Negro
  120. 120. Einstein estableció que la materia distorsionaba el espacio y el tiempo . Una singularidad tiene tanta masa concentrada que el espacio y el tiempo se distorsiona apreciablemente
  121. 121. Suena interesante...¿ es acaso comprobable ?
  122. 122. Suena interesante...¿ es acaso comprobable ? . ¡ Claro que sí !
  123. 123. Posición Aparente 1.75° Posición Verdadera Sol Tierra
  124. 124. Posición Aparente 1.75° Sir Arthur Eddington Posición Verdadera Sol Tierra
  125. 125. . 1919 Wendy Carlos
  126. 126. ¿ Cómo se comportaría la luz en presencia de un hoyo negro ?
  127. 127. Los rayos luminosos que caen en el horizonte de eventos se perderían
  128. 128. Justo afuera del horizonte de eventos los rayos también se pierden
  129. 129. Afuera de 1.5 Radios de Schwarzchild la luz sí puede escapar
  130. 130. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  131. 131. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  132. 132. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  133. 133. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  134. 134. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  135. 135. A mayor distancia, el espacio (y la luz) se desvía menos
  136. 136. ESFERA DE FOTONES ¿ Por qué la luz que pasa justo afuera del hoyo negro también se pierde ?
  137. 137. Porque a 1.5 Radios de Schwarzchild la distorsión del espacio es suficiente para atrapar a la luz ¡¡¡ en una órbita circular !!! La luz no cae más hacia el Hoyo Negro, pero tampoco puede escapar
  138. 138. Aquí, a 1.5 radios de Schwarzchild se encuentra la: ESFERA DE FOTONES
  139. 139. A menos de 1.5 radios de Schwarzchild la luz cae inevitablemente hacia el Hoyo Negro
  140. 140. Así, no sólo la singularidad está envuelta por el Horizonte de los Eventos 1.5 Rs Alrededor del Horizonte de Eventos está la Esfera de Fotones
  141. 141. Sería interesante ver qué sucede con la luz de una estrella al ingresar a la: Esfera de Fotones CONO DE SALIDA En este ejemplo, el Hoyo Negro avanza hacia la estrella Y paulatinamente se desarrolla el CONO DE SALIDA
  142. 142. PROPIEDADES DE UN HOYO NEGRO PROPIEDADES MASA
  143. 143. CARGA ELECTRICA NETA MASA
  144. 144. CARGA ELECTRICA NETA MOMENTO MASA ANGULAR
  145. 145. CLASIFICACION DE HOYOS NEGROS CLASIFIACION Según sus propiedades PROPIEDADES 1916 HN de Schwarzchild 1918 HN de Reissner-Nordstrom + 1963 HN de Kerr > 1965 HN de Kerr-Newman >+
  146. 146. CLASIFICACION DE HOYOS NEGROS CLASIFICACION MASA Según su masa HN Estelares HN Supermasivos Mini Hoyos Negros
  147. 147. > 3 Masas Solares Hoyos Negros Estelares
  148. 148. Hoyos Negros Supermasivos 106 a 109 Masas Solares 1 a 1,000 millones de Masas Solares
  149. 149. Mini Hoyos Negros ? Mini Hoyo Negro 1011 kg 100 millones de Toneladas 1/10´000,000 mm
  150. 150. Observaciones de movimiento orbital de estrellas masivas alrededor de Sagittarius A* desde VLT Animacion http://www.eso.org/outreach/press-rel/pr-2002/pr-17-02.html
  151. 151. EVAPORACION DE HOYOS NEGROS Radiación Hawking
  152. 152. Cómo detectar un Hoyo Negro
  153. 153. Hoyos Negros Aislados
  154. 154. Sistemas Binarios sin transferencia de material
  155. 155. Sistemas Binarios con transferencia de material
  156. 156. GRACIAS pablo@astronomos.org Don Dixon
  157. 157. Lectura recomendada y sitios consultados http://www.astronomos.org/articulistas/Lonnie/Hoyos_Negros.htm http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-03_08.htm http://cosmos.astro.uson.mx/INFORMATICA/divulgacion/preguntas/res1_30.htm#1
  158. 158. www.astronomos.org Derechos Reservados Monterrey, N.L. México Las marcas, logotipos, avisos comerciales, signos distintivos, nombres comerciales, patentes, diseños, personajes, conceptos, slogans, documentos y demás derechos de Propiedad Intelectual en lo sucesivo la quot;Propiedad Intelectualquot; exhibidas en el Sitio son propiedad de www.astronomos.org y de terceros según sea el caso; sin que pueda entenderse que por simple hecho de que el Usuario pueda acceder al Sitio o al presente documento tenga derecho alguno sobre dicha Propiedad Intelectual. El uso de la información contenida en este sitio es responsabilidad de quien la consulte, copie o accese de nuestras páginas de información. LA DISTRIBUCIÓN DE ESTE MATERIAL ES GRATUITO. PROHIBIDO ALTERAR SU CONTENIDO. ESTRICTAMENTE PROHIBIDA LA COMERCIALIZACIÓN Y/O IMPRESIÓN SIN CONSENTIMIENTO POR ESCRITO DEL AUTOR

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