ASTRONOMÍA - OBJETOS ASTRONÓMICOS

AGUJEROS NEGROS

GRS 1915+105 es un sistema binario, compuesto por una estrella y un agujero negro. Fue descubierto el 15 de agosto de 1992, por la sonda soviética Granat.¹​ "GRS" significa "GRanat Source", "1915" es la ascensión recta (19 h,15 min), y "+105" es la declinación: 10,5 grados. Su contraparte NIR fue confirmada por observaciones espectroscópicas.²​ Este sistema se ubica a unos 11.000 parsecs de distancia, o unos 40000 años luz, en la constelación de Aquila. GRS 1915 +105 es el más pesado de los agujeros negros estelares conocidos hasta ahora en la Vía Láctea,³​ con 10 a 18 veces la masa del Sol.⁴​ También es un microquasar , y parece que el agujero negro puede girar a 1.150 veces por segundo.

Historia[editar]

GRS 1915+105 se volvió, en 1994, la primera fuente conocida en nuestra galaxia que expulsa material en forma superlumínica, o sea, a velocidades superiores a las de la luz.⁶​ Las observaciones con telescopios de alta resolución de radio tales como VLA , MERLIN y VLBI muestran un flujo de salida bipolar de partículas cargadas, que emiten radiación de sincrotrón en las frecuencias de radio. Estos estudios han demostrado que el aparente movimiento superlumínico se debe a un efecto relativista conocido como aberración relativista donde la velocidad intrínseca de material expulsado es en realidad un 90% la velocidad de la luz.⁵​

Regulación del crecimiento[editar]

Las observaciones del Observatorio de rayos X Chandra durante el período de una década han puesto de manifiesto lo que puede ser un mecanismo de auto-regulación de la tasa de crecimiento de GRS 1915 +105. El chorro de materiales que están siendo expulsados en ocasiones se ahogó por un viento caliente que sopla desde el disco de acreción. El viento priva el chorro de los materiales necesarios para sostenerlo. Cuando el viento amaina, el chorro de materiales regresa.

Secuencia de observación de MERLIN del sistema binario GRS 1915+105.

horizonte de sucesos —también llamado horizonte de eventos— se refiere a una hipersuperficie frontera del espacio-tiempo, tal que los eventos a un lado de ella no pueden afectar a un observador situado al otro lado. Obsérvese que esta relación no tiene por qué ser simétrica o biyectiva, es decir, si A y B son las dos regiones del espacio tiempo en que el horizonte de eventos divide el espacio, A puede no ser afectada por los eventos dentro de B, pero los eventos de B generalmente sí son afectados por los eventos en A. Por dar un ejemplo concreto, la luz emitida desde dentro del horizonte de eventos jamás podría alcanzar a un observador situado fuera, pero un observador dentro podría observar los sucesos del exterior.

Existen diversos tipos de horizontes de eventos, y estos pueden aparecer en diversas circunstancias. Una de ellas particularmente importante sucede en presencia de agujeros negros, aunque este no es el único tipo de horizonte de eventos posibles, existiendo además horizontes de Cauchy, horizontes de Killing, horizontes de partícula u horizontes cosmológicos.

Horizonte de sucesos de un agujero negro rotativo[editar]

Esquema del horizonte de sucesos y la ergosfera

El horizonte de sucesos es una superficie imaginaria de forma esférica que rodea a un agujero negro, en la cual la velocidad de escapenecesaria para alejarse del mismo coincide con la velocidad de la luz. Por ello, ninguna cosa dentro de él, incluyendo los fotones, puede escapar debido a la atracción de un campo gravitatorio extremadamente intenso.

Las partículas del exterior que caen dentro de esta región nunca vuelven a salir, ya que para hacerlo necesitarían una velocidad de escape superior a la de la luz y, hasta el momento, la teoría indica que nada puede alcanzarla.

Por tanto, no existe modo de observar el interior del horizonte de sucesos, ni de transmitir información hacia el exterior. Esta es la razón por la cual los agujeros negros no tienen características externas visibles de ningún tipo, que permitan determinar su estructura interior o su contenido, siendo imposible establecer en qué estado se encuentra la materia desde que rebasa el horizonte de sucesos hasta que colapsa en el centro del agujero negro.

Si cayéramos en un agujero negro, en el momento de atravesar el horizonte de sucesos no notaríamos ningún cambio, ya que no se trata de una superficie material, sino de una frontera imaginaria, alejada de la zona central donde se concentra la masa. La característica peculiar de esta frontera es que representa el punto de no retorno, a partir del cual no puede existir otro suceso más que caer hacia el interior, dando así origen al nombre de esta superficie.

Al incluir efectos cuánticos en el horizonte de sucesos, se hace posible la emisión de radiación por parte del agujero negro debido a las fluctuaciones del vacío que dan origen a la llamada radiación de Hawking.

Horizonte de un observador acelerado[editar]

Otro tipo de horizonte diferente es el que ve un observador uniformemente acelerado. Para caracterizar este tipo de horizonte necesitamos introducir las coordenadas de Rindler para el espacio-tiempo de Minkowski. Partiendo de las coordenadas cartesianas la métrica de dicho espacio-tiempo:

${\displaystyle ds^{2}=-dT^{2}+dX^{2}+dY^{2}+dZ^{2},\;\;-\infty$

Consideremos ahora la región conocida como "cuña de Rindler", dada por el conjunto de puntos que verifican:

${\displaystyle {\mathcal {R}}_{Rind}=\{(T,X,Y,Z)\in \mathbb {R} ^{4}|0$

Y definamos sobre ella un cambio de coordenadas dado por:

${\displaystyle t=\operatorname {arctanh} (T/X),\;x={\sqrt {X^{2}-T^{2}}},\;y=Y,\;z=Z}$

Cuya transformación inversa viene dada por:

${\displaystyle T=x\,\sinh(t),\;X=x\,\cosh(t),\;Y=y,\;Z=z}$

Usando estas coordenadas la cuña de Rindler del espacio de Minkowski tiene una métrica expresada en las nuevas coordenadas dada por la expresión:

${\displaystyle ds^{2}=-x^{2}dt^{2}+dx^{2}+dy^{2}+dz^{2},\;0$

Esta métrica tiene una singularidad aparente en ${\displaystyle x=0}$, donde el tensor expresado en las coordenas de Rindler tiene un determinante que se anula. Esto sucede porque en ${\displaystyle x\rightarrow 0}$ la aceleración asociada al observador se hace infinita. En estas coordenadas el horizonte de Rindler es precisamente la frontera de la cuña de Rindler. Es interesante que puede demostrarse que este horizonte es análogo en muchos aspectos al horizonte de eventos de un agujero negro.

Horizonte en el universo observable[editar]

El límite del universo observable es una hipersuperficie que constituye la barrera de lo que puede ser observado en cada instante de tiempo, más allá existirían partículas cuya luz todavía no ha tenido tiempo de alcanzarnos, debido a que la edad del universo es finita (ver Big Bang). Todo suceso actual o pasado situado tras el horizonte de eventos, no forma parte del universo observable actual (aunque puede ser visible en el futuro cuando las señales luminosas procedentes de ellos alcancen nuestra posición futura).

La forma en que este horizonte del universo observable cambia según la naturaleza de la expansión del universo. Si la expansión tiene ciertas características, que no serán nunca observables, por ejemplo, sin importar cuanto tiempo transcurra (eso pasa en cierto tipo de expansión acelerada, por ejemplo). La frontera pasada de los eventos que nunca podrán ser observados es propiamente un horizonte de sucesos llamado horizonte de sucesos de partícula.

El criterio para determinar si el horizonte de sucesos del universo es diferente del vacío es el siguiente, defínase una distancia comóvil ${\displaystyle d_{E}}$ mediante la expresión:

${\displaystyle d_{E}=\int _{t_{0}}^{\infty }{\frac {c}{a(t)}}dt\ .}$

En esta ecuación, a(t) es el factor de escala, c es la velocidad de la luz y t₀ es la edad actual del universo. Si ${\displaystyle d_{E}\rightarrow \infty }$, es decir, los puntos arbitrariamente lejanos pueden ser observados, entonces el horizonte de sucesos es vacío. Si ${\displaystyle d_{E}\neq \infty }$ entonces existirá un horizonte de sucesos.

Ejemplos de modelos cosmológicos sin horizonte de sucesos son los modelos de universos dominados por materia o por radiación. Un ejemplo de modelo cosmológico con horizonte de sucesos es un universo dominado por la constante cosmológica, como por ejemplo un Universo de De Sitter.

Horizonte de sucesos y topología[editar]

El estudio de la causalidad en relatividad general se lleva a cabo siguiendo un enfoque topológico, así un horizonte de eventos futuro o pasado puede caracterizarse como el conjunto de puntos de la clausura topológica del dominio de dependencia de una hipersuperficie lumínica situada en el "infinito" que no pertenecen al pasado o futuro cronológico de dicho dominio. Conviene aclarar que cuando se dice que una hipersuperficie está ubicada en el "infinito" se quiere decir que está situada sobre los puntos del diagrama conforme de Penrose que representa el espacio-tiempo, en signos los horizontes de eventos pasado ${\displaystyle H^{-}({\mathcal {S}}_{L})}$ y futuro ${\displaystyle H^{+}({\mathcal {S}}_{L})}$ de una hipersuperficie lumínica ${\displaystyle {\mathcal {S}}_{L}}$vienen dados por:

${\displaystyle H^{-}({\mathcal {S}}_{L})={\overline {D^{-}({\mathcal {S}}_{L})}}-I^{+}(D^{-}({\mathcal {S}}_{L}))\qquad H^{+}({\mathcal {S}}_{L})={\overline {D^{+}({\mathcal {S}}_{L})}}-I^{-}(D^{+}({\mathcal {S}}_{L}))}$

Donde la definición de los signos que aparecen es la misma usada en glosario de relatividad.

J1650 es el nombre de un agujero negro situado en la zona sur de la constelación Ara (el Altar), en la Vía Láctea. Fue descubierto en abril de 2008 por científicos de la NASA.

XTE J1650-500, sistema binario y agujero negro

Tiene la peculiaridad de ser el agujero negro más pequeño descubierto hasta la fecha, con una masa de 3,8 soles y 24 kilómetros de anchura.

Datos[editar]

Masa = 3,8 masas solares

Radio = 12,17 km

Gravedad = Más de 1130 veces la velocidad de la luz(340.341.520.252,7 m/s²)

Densidad = 10⁸ kg/m³

Volumen: 7558,5 km³