AGUJEROS NEGROS

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AGUJEROSNEGROS

JAVIER DE LUCAS

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Contenidos

• ¿Cuál es la definición de un agujero negro?• ¿Quién dice que existen los agujeros negros?• ¿Por qué son negros y por qué son agujeros?• ¿Cuántos tipos de agujeros negros existen?• Si son negros ¿Cómo podemos verlos?• ¿Existe evidencia o es sólo una teoría?

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Filosofía

• Desde épocas remotas el hombre ha intentado entender el origen y funcionamiento del Universo.

– ¿De dónde viene el Universo?– ¿Hacia dónde va?– ¿Por qué estamos aquí?– ¿Por qué el Universo es como es?– …??????

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Filosofía

• Hemos llegado a un nivel de conocimiento muy alto sobre la gravedad, comenzando con la ley de Gravitación de Newton.

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Ley de gravitación de Newton

• Acción a distancia

1 22g

mmF Gr

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• Existe una definición de un agujero negro desde 1798:

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• “Una estrella luminosa, de densidad igual que la de la Tierra, con diámetro 250 veces más que el del Sol, como consecuencia de su fuerza de atracción, no va a dejar que la luz llegue a nosotros. ¡Entonces es posible que las masas luminosas más grandes del Universo no sean visibles!”

Pierre Laplace, El Sistema del Mundo, Libro 5, Capítulo VI (1798).

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Más reciente…

• Un cuerpo cósmico de intensidad gravitacional tan alta que ni la luz puede escapar de él

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Newton: GRAVITACION UNIVERSAL

– La velocidad de escape de la luz desde una estrella depende tanto de la masa de la estrella como de su radio.

2 22

2

1 10 o 02 2

1 20 2

GMmmv Fr mv rr

GM GMv vr r

2

2GMrc

Radio Schwarzchild

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Einstein: Relatividad

• Líneas rectas en un espacio curvo.

Información sobre el espacio

Información sobre distribución de la masa y energía

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Espacio-tiempo alrededor del Sol

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Espacio-tiempo alrededor del Sol, comprimido en un agujero negro

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Tipos de órbitas

Alrededor del agujero

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UNA DE LAS SOLUCIONES DE LA TEORIA DE LA RELATIVIDAD

22 2

2

2

...

2Donde 1

Radio Schwarzchild2

drds Rc dtRGMRc r

GMrc

En 4 dimensiones

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Agujero negro

v = cEsferade fotones

Horizonte de eventos

0.9c 1.1c 1.5c 2c

2GMvr

2

2s

GMrc

singularidad

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TIPOS DE AGUJEROS NEGROS

• Existen agujeros negros de tres tamaños:

Masa estelar: más de 20 veces la masa del SolResultado de la explosión de una estrella masiva

Super Masivos (“Galaxias activas”) • Millones de veces la masa del Sol• Se encuentran en el centro de las galaxias

Mini agujeros negros (Hawking)

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Actividad

• Vamos a convertir nuestra Tierra en un agujero negro.

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HOJA DE CALCULO I

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HOJA DE CALCULO II

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Si los agujeros negros son negros, ¿cómo podemos verlos?

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El Espectro Electromagnético abarca mucho más de lo que podemos ver

Rayos gamma Rayos X Visible Infrarrojo Microondas Radio Ultravioleta

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Método 1

¿Cómo podemos verlos?

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• Los agujeros negros son a menudo parte de un sistema de estrellas binarias, en los que dos estrellas giran una en torno a la otra.

• Lo que vemos desde la Tierra es una estrella visible que orbita alrededor de lo que parece ser el vacío.

Sistemas de estrellas binarias

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Sistemas de estrellas binariasBINARIAS

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• Podemos deducir la masa del agujero negro por la órbita de la estrella visible que gira en torno a él.

• Cuanto mayor es un agujero negro, mayor es el empuje gravitacional y mayor el efecto sobre la estrella visible.

Sistemas de estrellas binarias

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Método 2

¿Cómo podemos verlos?

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Rayos X a partir de agujeros negros

• El Gas que circula hacia la superficie de un agujero negro cae y produce rayos X.

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FOTO

CHANDRA

• Cuando hay un agujero negro, el gas pasa el horizonte de sucesos y desaparece sin dejar rastro.

• Eso es una señal bien clara de un agujero negro.

• Observaciones de Chandra existencia de horizonte de sucesos.

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IMAGENES

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Rayos X a partir de agujeros negros

• Los rayos X revelan altas temperaturas y unos fenómenos altamente energéticos.

• Los datos de los satélites actuales se toman del observatorio de rayos X Chandra, del XMM y del Rossi X-ray Timing Explorer

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Rayos X a partir de agujeros negros

• En los sistemas binarios cercanos, la materia fluye desde una estrella normal hacia un agujero negro.

• Los rayos X son emitidos desde el disco de gas caliente que se arremolina alrededor del agujero negro.

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Imágenes óptica y en rayos X de NGC 253

IMAGENES

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Método 3

¿Cómo podemos verlos?

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Óptico

• Las imágenes ópticas observan regiones centrales de otras galaxias.

• Remolinos de materia giran alrededor de un agujero negro central.

• El gas próximo a un agujero negro hace que se caliente a temperaturas del ultravioleta y rayos X.

• Esto calienta el gas que lo rodea, por lo que se muestra rojo en el óptico.

/

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Método 4

¿Cómo podemos verlos?

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Ultravioleta

• El telescopio Hubble ha observado los pulsos de luz ultravioleta emitidos por la materia cuando cae en el interior de un agujero negro.

• Estos pulsos surgen a partir de la materia que orbita alrededor de la fuente de gravedad intensa de un agujero negro.

Ver la materia que desaparece

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Visible

Ultravioleta

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Método 5

¿Cómo podemos verlos?

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Rayos gamma

• Los rayos gamma se han revelado como los fenómenos más energéticos del Universo.

• Los chorros en las galaxias activas emiten rayos gamma y ondas de radio.

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Observatorio de rayos gamma Compton

Premio Nobel, 1927

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V4641 Sagittarius

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Imagen Radio

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Método 6

¿Cómo podemos verlos?

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ONDAS

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Observatorio LIGO en Livingston

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Colaboración LIGO Detección directa

Detectores en espacio

LISA

Fuentes astrofísicas de ondas de gravedad

Detectores en la tierraLIGO, GEO, TAMA, Virgo

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EL CHANDRA

Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995)

Premio Nobel, 1983

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Observatorio de rayos X Chandra

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¿Dónde está Chandra?

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Chandra: detalles de dos agujeros negros

• La siguiente secuencia muestra:

– La mejor imagen de rayos X de Chandra,– Después, los agujeros negros están marcados.– Los astrónomos creen que estos agujeros

negros y sus galaxias están en órbita y que se combinarán eventualmente.

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• best_of_bh_lg.mpg

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NOAO Óptico y Chandra rayos X secuencia de M74

• En la siguiente secuencia se muestra una imagen de una galaxia a 32 millones de años luz de la Tierra.

• La secuencia muestra imágenes ópticas y de rayos X del mismo agujero negro.

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Stephen Hawking

Un agujero negro tiene:

- Masa- Carga- Momento angular...

y ¡Radiación Hawking!

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Concepto de Stringy Fuzzball(Samir Mathur)

IMAGENES

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Agujero negro

Horizonte de eventos

c

singularidad

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Basado en este concepto, hay una nueva teoría de Hawking

publicado en julio de 2005

La información dentro de un agujero negro no está perdida...

¡Un agujero negro se puede abrir!

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• ¿Preguntas, dudas, comentarios, …?

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FIN

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