1. 1. AGUJEROS NEGROS Hernndez Luna Mara Fernanda BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE MEDICINA DHTIC DOCENTE : PATRICIA SILVA SNCHEZ PRIMAVERA 2015
2. 2. 1 AGUJEROS NEGROS AGUJEROS NEGROS INDICE Introduccin 1. conociendo de cerca a los agujeros negros 1.1. Qu son los agujeros negros ? 1.2. De qu estn hechos los agujeros negros? 1.3. De dnde vienen los agujeros negros ? 1.4. son eternos ? 2. Los secretos y misterios de los agujeros negros 2.1. Gigantes glotones del universo 2.2. Qu hay con lo que entra en ellos? 2.3. Es posible regresar una vez entrando en ellos ? 3. Rompiendo mitos 3.1. La mquina del tiempo 4. Agujeros negros y la ciencia 4.1. Los agujeros negros tienen historia 4.2. Como cazar a su propio agujero negro 5. Los micro agujeros negros , realidad o ficcin ? 6. Conclusiones 7. Opiniones personales 8. Bibliografa
3. 3. 2 AGUJEROS NEGROS INTRODUCCIN El hombre, desde que adquiere pleno uso de razn, se da cuenta de su existencia, de que existe el Universo, de que existe el ser, y lgicamente uno llega a preguntarse.. Por qu existe todo cuanto existe? Por qu existe algo en vez de nada? Por qu lo que existe es como existe y no de otra manera? , siendo as , no resulta imposible de creer que la fascinacin de la raza humana por el universo creciera junto con el hasta nuestros das ,por otro lado tampoco resultara demasiado descabellado afirmar que gracias al impulso que nos dio esa curiosidad es que el hombre de giro hacia el mundo que lo rodeaba y lo comenz a estudiar y por su puesto el universo es por mucho uno de los mundos que mas nos gusta explorar . Pero no fue si no hasta a 1610 que Galileo Galilei revoluciono la forma en que el ser humano estudiaba el universo ; a travs de una lente que nos permita ver como nunca antes los secretos ms profundos del universo y poder ser testigos de los colores formas y tamaos de planetas, estrellas, nebulosas y las infinitas galaxias que comparten con nosotros el universo en que somos habitantes y aunque esto no marcaba an ms la brecha entre lo que sabemos y no sabemos de nuestro entorno , los humanos estbamos por mucho , muy lejos de dejar pasar la oportunidad de saber cada vez ms . Fue as que en el ao de 1783 un gelogo ingles de nombre John Michell comenz lo que sera uno de los temas favoritos por excelencia en el terreno de la fsica y la astronoma; y fue el concepto de un cuerpo tan denso que ni siquiera la propia luz pudiera escapar de l , gigantes del universo que literalmente tragaban todo lo que estuviera a su paso dejando tras de s ms preguntas que respuestas . La sola idea de su existencia resulta por mucho emocionante y peligrosa a la vez pues tan pronto supimos de ellos comenzaron a surgir todo tipo de especulaciones y temores entorno a ellos , que solo dejaban ver lo poco que sabamos de ellos .
4. 4. 3 AGUJEROS NEGROS CONOCIENDO DE CERCA A LOS AGUJEROS NEGROS Qu son los agujeros negros ? Un agujero negro es una regin finita del espacio en cuyo interior existe una concentracin de masa lo suficientemente elevada como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partcula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. De qu estn hechos los agujeros negros? Son estructuras formadas en mayor parte por neutrones que resultan de tomos que comienzan a aplastarse en donde el ncleo atmico y los protones comienzan a fusionarse y resultan en la formacin de ms neutrones que aumenta la gravedad superficial de dicha estructura a 210.000.000.000 veces y de proporciona sus caractersticas. De dnde vienen los agujeros negros? Los agujeros negros proceden de un proceso de colapso gravitatorio. Dicho proceso comienza despus de la muerte de una gigante roja (estrella de gran masa), llmese muerte a la extincin total de su energa. Tras varios miles de millones de aos de vida, la fuerza gravitatoria de dicha estrella comienza a ejercer fuerza sobre s misma originando una masa concentrada en un pequeo volumen, convirtindose en una enana blanca. En este punto, dicho proceso puede proseguir hasta el colapso de dicho astro por la auto atraccin gravitatoria que termina por convertir a esta enana blanca en un agujero negro. Este proceso acaba por reunir una fuerza de atraccin tan fuerte que atrapa hasta la luz en ste. En palabras ms simples, un agujero negro es el resultado final de la accin de la gravedad extrema llevada hasta el lmite posible. La misma gravedad que mantiene a la estrella estable, la empieza a comprimir hasta el punto que los tomos comienzan a aplastarse.
5. 5. 4 AGUJEROS NEGROS Son eternos? En un principio se crey que los agujeros negros existiran por siempre. Pero en 1976 Stephen Hawking propuso la existencia de lo que hoy llamamos la Radiacin Hawking. Este fenmeno debera permitirle al agujero negro emitir toda su materia colapsada en forma de radiacin, es decir, en forma de energa, al cabo de un tiempo inimaginablemente largo. De hecho a un agujero negro de una masa solar se estima que le tomara 10 a los 67 aos luz evaporarse, es decir: 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 aos. Trillones de veces la edad del universo. La enormidad del nmero se explica porque la masa de dicho agujero negro es de trillones de toneladas, y la radiacin Hawking tiene una potencia de 10 a la 28 watts. Como la equivalencia masa energa dice (E=mc) esta insignificante porcin de energa emitida a cada segundo equivale a una an ms insignificante masa. De hecho los agujeros negros no se evaporan actualmente, pues absorben ms masa de la que emiten en forma de radiacin, para que la evaporacin de los hoyos negros comience el universo debe enfriarse ms, lo que ocurrir dentro de miles de millones de aos. LOS SECRETOS Y MISTERIOS DE LOS AGUJEROS NEGROS Gigantes glotones del universo Los llamados agujeros negros son cuerpos con un campo gravitatorio enorme y ninguna radiacin electromagntica ni luminosa, por eso son negros puede escapar de ellos . Estn rodeados de una "frontera" esfrica que permite que la luz entre pero no salga, un disco de acrecimiento, compuesto de materia con momento angular, carga elctrica y masa, la que es afectada por la enorme atraccin gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente atraviese el horizonte de sucesos y, por lo tanto, incremente el tamao del agujero. Qu hay con lo que entra en ellos?
6. 6. 5 AGUJEROS NEGROS Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; slo se puede imaginar, suponer y observar sus efectos sobre la materia y la energa en las zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera. Sin embargo la teora general de la relatividad de Einstein implica que no pasa nada al cruzar el horizonte de sucesos de un agujero negro, un observador no debe notar nada especial; de hecho, en un agujero negro sper masivo, la curvatura del espacio tiempo en el horizonte de sucesos es muchos rdenes de magnitud ms pequea que en la superficie de la Tierra. Pero este resultado es clsico y la aplicacin de la fsica cuntica a los agujeros negros indica que su horizonte de sucesos debe emitir radiacin de Hawking. Es posible regresar una vez entrando en ellos ? De acuerdo con el principio de incertidumbre de la mecnica cuntica existe la posibilidad de que en el horizonte se formen pares de partcula-antipartcula de corta duracin, dado que la probabilidad de que uno de los elementos del par caiga dentro del agujero de manera irreversible y el otro miembro del par escape, el principio de conservacin requiere que el agujero disminuya su masa para compensar la energa que se lleva el par que escapa de los aledaos del horizonte de sucesos. Ntese que en este proceso el par se forma estrictamente en el exterior del agujero negro, por lo que no contradice el hecho de que ninguna partcula material puede abandonar el interior. Sin embargo, s existe un efecto neto de transferencia de energa del agujero negro a sus aledaos, que es la radiacin Hawking, cuya produccin no viola ningn principio fsico. Rompiendo mitos La mquina del tiempo Segn la Teora General de la Relatividad por efecto del campo gravitatorio el tiempo se "dilata", esto es, si un observador lejano donde el campo gravitatorio es pequeo, observa que t ests en un campo gravitacional grande, tambin ver que tu reloj corre ms lentamente que el suyo, es decir "viajas" en el tiempo, a tu regreso del viaje te encuentras con el observador y comparan las lecturas de los
7. 7. 6 AGUJEROS NEGROS relojes, entonces vern que para el observador pas ms tiempo que para Ti, es decir "viajaste" al futuro. Lo mismo sucede en un agujero negro, que el campo gravitatorio es tan enorme, que en teora podra detener el tiempo, segn otro observador lejano. Sin embargo esto solo sera un "viaje de ida" pues cuando entras en un agujero negro la gravedad te estirara hasta desgarrarte y no tendras forma de salir. AGUJEROS NEGROS Y LA CIENCIA Los agujeros negros tienen historia El concepto de un cuerpo tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de l, fue descrito en un artculo enviado en 1783 a la Royal Society por un gelogo ingls llamado John Michell. Por aquel entonces la teora de Newton de gravitacin y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidas. Michell calcul que un cuerpo con un radio 500 veces el del Sol y la misma densidad, tendra, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sera invisible. En 1796, el matemtico francs Pierre-Simon Laplace explic en las dos primeras ediciones de su libro Exposition du Systeme du Monde la misma idea aunque, al ganar terreno la idea de que la luz era una onda sin masa, en el siglo XIX fue descartada en ediciones posteriores. En 1915, Einstein desarroll la relatividad general y demostr que la luz era influida por la interaccin gravitatoria. En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se poda impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso. La idea de agujero negro tom fuerza con los avances cientficos y experimentales que llevaron al descubrimiento de los plsares. Poco despus, en 1969, John Wheeler acu el trmino "agujero negro" durante una reunin de cosmlogos en Nueva York, para designar lo que anteriormente se llam "estrella en colapso gravitatorio completo".
8. 8. 7 AGUJEROS NEGROS Como cazar a su propio agujero negro Los agujeros negros se pueden detectar con una tcnica llamada "gravity lensing" (gravedad lenticular). Este efecto ocurre cuando un objeto masivo, en este caso un agujero negro, pasa entre una estrella y la tierra. El agujero negro acta como lente cuando su gravedad dobla los rayos de luz de la estrella y los centra de nuevo en la tierra. Desde el punto de vista de un observador en la tierra, la estrella aparecera ms brillante. La teora general de la relatividad de Einstein sugiere que la luz puede seguir un camino "doblado" de espacio y tiempo, que en este caso, es "doblado" por la gravedad del agujero negro. Los micro agujeros negros, realidad o ficcin ? Un micro agujero negro, tambin llamado agujero negro de mecnica cuntica o mini agujero negro, es un simple agujero negro pequeo, en el que los efectos de la mecnica cuntica desempean un papel importante. Al ponerse en marcha el primer gran colisionador de hadrones (LHC) de manera totalmente funcional (hasta ahora solo se han realizado pruebas), se considera probable la primera creacin artificial de micro agujeros negros a partir del choque y fusin de partculas subtomicas (hadrones) aceleradas a "casi" la velocidad c, a tal velocidad la materia barinica incrementa enormemente su masa lo cual explica la formacin de micro agujeros negros los cuales sin embargo seran efmeros ya que se encontraran (proporcionalmente a su masa y a la gravitacin de tal masa) a bastante distancia de otros cuerpos materiales como para crecer. CONCLUSIONES Sin lugar a dudas los agujeros negros son estructuras del universo que no dejan de sorprendernos con cada nuevo descubrimiento que sabemos de ellos , los esfuerzos que se hacen por comprenderlos resultan en una tarea titnica que se ve impedida por su difcil deteccin as como su estudio, sin embargo y a pesar de las esperanzas que ponemos en ellos para poder viajar en el tiempo , ms que ello podramos concluir que su estudio podra encaminarnos a nuevos descubrimientos
9. 9. 8 AGUJEROS NEGROS en el terreno de la fsica , astronoma y muchas otras ciencias que cambien la concepcin que tenemos hasta ahora del universo. Opiniones personales En mi opinin personal , los agujeros negros siempre han resultado un tema de inters ms que acadmico (pues la complejidad que abarcan es tan grande que para comprenderlos en su totalidad , se hara necesario estudiar Fsica o Matemticas ) , y en trminos ms simples una mera curiosidad que surge directamente de los misteriosos y caticos que son , el solo hecho de imaginarse cerca de ellos o verlos a lo lejos es algo que a cualquiera le despertara emocin , y en lo personal veo en ellos una cuna inmensa de nuevas preguntas y respuestas que estn esperando a ser encontradas y exploradas ,y quien sabe quiz en ellos encontremos la pieza faltante para responder el de dnde venimos ? BIBLIOGRAFIA Stephen w. Hawking; El universo en una cascara de nuez ; ISBN 9788484322931; 224 pgs. Thorne, kip s.; agujeros negros y tiempo curvo; ISBN 9788474236972 Garfinkle, d. & garfinkle, r. (2010). El universo en tres pasos. Del sol a los agujeros negros y el misterio de la materia oscura ; Madrid Espaa: critico SL