Agujero negro en el espacio, qué hay dentro. Qué es un agujero negro. ¿Qué hay en un agujero negro?

Los agujeros negros son uno de los fenómenos más extraños del Universo. En cualquier caso, en esta etapa del desarrollo humano. Este es un objeto con masa y densidad infinitas y, por lo tanto, atracción, más allá de la cual ni siquiera la luz puede escapar; por lo tanto, el agujero es negro. Un agujero negro supermasivo puede absorber una galaxia entera sin asfixiarse, y más allá del horizonte de sucesos, la física normal comienza a chirriar y a retorcerse. Por otro lado, los agujeros negros pueden convertirse en potenciales “agujeros” de transición de un nodo del espacio a otro. La pregunta es: ¿qué tan cerca podemos llegar de un agujero negro? ¿Habrá consecuencias?

Se apoderan de todo lo que encuentran. Desde partículas subatómicas hasta estrellas, sólidos, gases, líquidos e incluso la luz, todo lo que cae en ellos se pierde. Y así, los agujeros negros capturan la imaginación popular. Pensar en el espacio desde que los humanos vieron por primera vez los puntos de luz que adornaban el cielo nocturno ha llevado a la mente a imaginar cosas que no se pueden ver aquí en la Tierra. Y los agujeros negros amplían la imaginación más que cualquier otra maravilla de la astronomía.

Para que se forme un agujero negro, un cuerpo debe comprimirse hasta una cierta densidad crítica, de modo que el radio del cuerpo comprimido sea igual a su radio gravitacional. El valor de esta densidad crítica es inversamente proporcional al cuadrado de la masa del agujero negro.

Para un típico agujero negro de masa estelar ( METRO=10METRO sol) el radio gravitacional es de 30 km y la densidad crítica es 2,10 14 g/cm 3, es decir, doscientos millones de toneladas por centímetro cúbico. Esta densidad es muy alta comparada con la densidad media de la Tierra (5,5 g/cm3), es igual a la densidad de la sustancia del núcleo atómico.

Para un agujero negro en el núcleo galáctico ( METRO=10 10 METRO sol) el radio gravitacional es 3·10 15 cm = 200 AU, que es cinco veces la distancia del Sol a Plutón (1 unidad astronómica - la distancia promedio de la Tierra al Sol - es igual a 150 millones de km o 1,5·10 13 centímetros). La densidad crítica en este caso es igual a 0,2·10 –3 g/cm 3 , que es varias veces menor que la densidad del aire, igual a 1,3·10 –3 g/cm 3 (!).

Para la Tierra ( METRO=3·10 –6 METRO sol), el radio gravitacional es cercano a 9 mm y la densidad crítica correspondiente es monstruosamente alta: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3, que es 13 órdenes de magnitud mayor que la densidad del núcleo atómico.

Si tomamos una prensa esférica imaginaria y comprimimos la Tierra manteniendo su masa, entonces cuando reducimos el radio de la Tierra (6370 km) cuatro veces, su segunda velocidad de escape se duplicará y será igual a 22,4 km/s. Si comprimimos la Tierra para que su radio sea de aproximadamente 9 mm, entonces la segunda velocidad cósmica tomará un valor igual a la velocidad de la luz. C= 300000 km/s.

Además, no será necesaria una prensa: la Tierra, comprimida a tal tamaño, ya se comprimirá sola. Al final, en lugar de la Tierra se formará un agujero negro, cuyo radio del horizonte de sucesos será cercano a los 9 mm (si descuidamos la rotación del agujero negro resultante). En condiciones reales, por supuesto, no existe una prensa superpoderosa: la gravedad "funciona". Esta es la razón por la que los agujeros negros sólo pueden formarse cuando el interior de estrellas muy masivas colapsa, en las que la gravedad es lo suficientemente fuerte como para comprimir la materia a una densidad crítica.

Evolución de las estrellas

Los agujeros negros se forman en las etapas finales de la evolución de estrellas masivas. En las profundidades de las estrellas ordinarias se producen reacciones termonucleares, se libera una enorme energía y se mantiene una temperatura elevada (decenas y cientos de millones de grados). Las fuerzas gravitacionales tienden a comprimir la estrella y las fuerzas de presión del gas caliente y la radiación resisten esta compresión. Por tanto, la estrella está en equilibrio hidrostático.

Además, una estrella puede existir en equilibrio térmico, cuando la energía liberada debido a reacciones termonucleares en su centro es exactamente igual a la potencia emitida por la estrella desde la superficie. A medida que la estrella se contrae y expande, el equilibrio térmico se altera. Si la estrella está estacionaria, entonces su equilibrio se establece de tal manera que la energía potencial negativa de la estrella (la energía de compresión gravitacional) en valor absoluto es siempre el doble de la energía térmica. Debido a esto, la estrella tiene una propiedad asombrosa: capacidad calorífica negativa. Los cuerpos ordinarios tienen una capacidad calorífica positiva: una pieza de hierro calentada, al enfriarse, es decir, al perder energía, baja su temperatura. Para una estrella ocurre lo contrario: cuanta más energía pierde en forma de radiación, mayor es la temperatura en su centro.

Esta característica extraña, a primera vista, tiene una explicación sencilla: la estrella, a medida que irradia, se contrae lentamente. Durante la compresión, la energía potencial de las capas que caen de la estrella se convierte en energía cinética y su interior se calienta. Además, la energía térmica adquirida por la estrella como resultado de la compresión es el doble de la energía perdida en forma de radiación. Como resultado, la temperatura del interior de la estrella aumenta y se produce una síntesis termonuclear continua de elementos químicos. Por ejemplo, la reacción de conversión de hidrógeno en helio en el Sol actual se produce a una temperatura de 15 millones de grados. Cuando, después de 4 mil millones de años, en el centro del Sol, todo el hidrógeno se convierta en helio, para una mayor síntesis de átomos de carbono a partir de átomos de helio, se necesitará una temperatura significativamente más alta, alrededor de 100 millones de grados (la carga eléctrica de los núcleos de helio). es el doble que la de los núcleos de hidrógeno, y para acercar los núcleos de helio a una distancia de 10 a 13 cm se requiere una temperatura mucho más alta). Es precisamente esta temperatura la que estará garantizada debido a la capacidad calorífica negativa del Sol cuando se inicie en sus profundidades la reacción termonuclear de conversión de helio en carbono.

enanas blancas

Si la masa de la estrella es pequeña, de modo que la masa de su núcleo afectada por transformaciones termonucleares sea inferior a 1,4 METRO sol, la fusión termonuclear de elementos químicos puede cesar debido a la llamada degeneración del gas de electrones en el núcleo de la estrella. En particular, la presión de un gas degenerado depende de la densidad, pero no de la temperatura, ya que la energía de los movimientos cuánticos de los electrones es mucho mayor que la energía de su movimiento térmico.

La alta presión del gas de electrones degenerado contrarresta eficazmente las fuerzas de compresión gravitacional. Dado que la presión no depende de la temperatura, la pérdida de energía de una estrella en forma de radiación no provoca la compresión de su núcleo. En consecuencia, la energía gravitacional no se libera en forma de calor adicional. Por lo tanto, la temperatura en el núcleo degenerado en evolución no aumenta, lo que conduce a la interrupción de la cadena de reacciones termonucleares.

La capa exterior de hidrógeno, que no se ve afectada por las reacciones termonucleares, se separa del núcleo de la estrella y forma una nebulosa planetaria, brillando en las líneas de emisión de hidrógeno, helio y otros elementos. El núcleo central compacto y relativamente caliente de una estrella evolucionada de baja masa es una enana blanca, un objeto con un radio del orden del radio de la Tierra (~10,4 km), una masa de menos de 1,4 METRO sol y una densidad media de aproximadamente una tonelada por centímetro cúbico. Las enanas blancas se observan en grandes cantidades. Su número total en la Galaxia alcanza los 10 10, es decir, aproximadamente el 10% de la masa total de materia observable de la Galaxia.

La combustión termonuclear en una enana blanca degenerada puede ser inestable y provocar una explosión nuclear de una enana blanca suficientemente masiva con una masa cercana al llamado límite de Chandrasekhar (1,4 METRO sol). Estas explosiones se parecen a las supernovas de tipo I, que no tienen líneas de hidrógeno en su espectro, sino sólo líneas de helio, carbono, oxígeno y otros elementos pesados.

Estrellas de neutrones

Si el núcleo de la estrella está degenerado, a medida que su masa se acerca al límite de 1,4 METRO Sol, la degeneración habitual del gas de electrones en el núcleo es reemplazada por la llamada degeneración relativista.

Los movimientos cuánticos de los electrones degenerados se vuelven tan rápidos que sus velocidades se acercan a la velocidad de la luz. En este caso, la elasticidad del gas disminuye, su capacidad para contrarrestar las fuerzas de la gravedad disminuye y la estrella experimenta un colapso gravitacional. Durante el colapso, los protones capturan electrones y se produce la neutronización de la sustancia. Esto conduce a la formación de una estrella de neutrones a partir de un núcleo masivo degenerado.

Si la masa inicial del núcleo de la estrella excede 1,4 METRO sol, entonces se alcanza una temperatura alta en el núcleo y no se produce degeneración de electrones a lo largo de su evolución. En este caso, funciona la capacidad calorífica negativa: a medida que la estrella pierde energía en forma de radiación, la temperatura en sus profundidades aumenta y se produce una cadena continua de reacciones termonucleares que convierten el hidrógeno en helio, el helio en carbono, el carbono en oxígeno y así sucesivamente, hasta los elementos del grupo del hierro. La reacción de fusión termonuclear de núcleos de elementos más pesados ​​que el hierro ya no se produce con liberación, sino con absorción de energía. Por lo tanto, si la masa del núcleo de la estrella, compuesto principalmente por elementos del grupo del hierro, excede el límite de Chandrasekhar de 1,4 METRO sol, pero menos que el llamado límite de Oppenheimer-Volkov ~3 METRO sol, luego, al final de la evolución nuclear de la estrella, se produce un colapso gravitacional del núcleo, como resultado de lo cual se desprende la capa exterior de hidrógeno de la estrella, lo que se observa como una explosión de supernova de tipo II, en el espectro de donde se observan poderosas líneas de hidrógeno.

El colapso del núcleo de hierro da lugar a la formación de una estrella de neutrones.

Cuando se comprime el núcleo masivo de una estrella que ha alcanzado una etapa tardía de evolución, la temperatura aumenta a valores gigantescos del orden de mil millones de grados, cuando los núcleos de los átomos comienzan a fragmentarse en neutrones y protones. Los protones absorben electrones y se convierten en neutrones, emitiendo neutrinos. Los neutrones, según el principio de Pauli de la mecánica cuántica, con una fuerte compresión comienzan a repelerse efectivamente entre sí.

Cuando la masa del núcleo en colapso es inferior a 3 METRO Sol, las velocidades de los neutrones son significativamente menores que la velocidad de la luz y la elasticidad de la materia debido a la repulsión efectiva de los neutrones puede equilibrar las fuerzas gravitacionales y conducir a la formación de una estrella de neutrones estable.

La posibilidad de la existencia de estrellas de neutrones fue predicha por primera vez en 1932 por el destacado físico soviético Landau, inmediatamente después del descubrimiento del neutrón en experimentos de laboratorio. El radio de una estrella de neutrones se acerca a los 10 km y su densidad media es de cientos de millones de toneladas por centímetro cúbico.

Cuando la masa del núcleo estelar en colapso es mayor que 3 METRO sol, luego, según las ideas existentes, la estrella de neutrones resultante, al enfriarse, colapsa en un agujero negro. El colapso de una estrella de neutrones en un agujero negro también se ve facilitado por la caída inversa de parte de la capa de la estrella, expulsada durante una explosión de supernova.

Una estrella de neutrones normalmente gira rápidamente porque la estrella normal que la dio origen puede tener un momento angular significativo. Cuando el núcleo de una estrella colapsa en una estrella de neutrones, las dimensiones características de la estrella disminuyen de R= 10 5 –10 6 kilómetros a R≈ 10 kilómetros. A medida que disminuye el tamaño de una estrella, disminuye su momento de inercia. Para mantener el momento angular, la velocidad de rotación axial debe aumentar bruscamente. Por ejemplo, si el Sol, que gira con un período de aproximadamente un mes, se comprime al tamaño de una estrella de neutrones, el período de rotación se reducirá a 10 –3 segundos.

Las estrellas de neutrones individuales con un fuerte campo magnético se manifiestan como radiopúlsares, fuentes de pulsos de emisión de radio estrictamente periódicos que surgen cuando la energía de la rápida rotación de una estrella de neutrones se convierte en emisión de radio dirigida. En los sistemas binarios, las estrellas de neutrones en acreción exhiben el fenómeno del púlsar de rayos X y el estallido de rayos X tipo 1.

No se pueden esperar pulsaciones de radiación estrictamente periódicas de un agujero negro, ya que el agujero negro no tiene superficie observable ni campo magnético. Como suelen decir los físicos, los agujeros negros no tienen "pelo": todos los campos y todas las faltas de homogeneidad cerca del horizonte de sucesos se emiten cuando el agujero negro se forma a partir del colapso de materia en forma de una corriente de ondas gravitacionales. Como resultado, el agujero negro resultante tiene sólo tres características: masa, momento angular y carga eléctrica. Todas las propiedades individuales de la sustancia que colapsa se olvidan durante la formación de un agujero negro: por ejemplo, los agujeros negros formados a partir de hierro y agua tienen, en igualdad de condiciones, las mismas características.

Como predice la Teoría General de la Relatividad (GR), las estrellas cuyas masas de núcleo de hierro al final de su evolución superan los 3 m sol, experimentan una compresión ilimitada (colapso relativista) con la formación de un agujero negro. Esto se explica por el hecho de que, en la relatividad general, las fuerzas gravitacionales que tienden a comprimir una estrella están determinadas por la densidad de energía, y las enormes densidades de materia alcanzadas durante la compresión de un núcleo estelar tan masivo, la principal contribución a la densidad de energía. Ya no está formada por la energía en reposo de las partículas, sino por la energía de su movimiento e interacción. Resulta que, en la relatividad general, la presión de una sustancia a densidades muy altas parece “pesarse” a sí misma: cuanto mayor es la presión, mayor es la densidad de energía y, en consecuencia, mayores son las fuerzas gravitacionales que tienden a comprimir la sustancia. Además, bajo fuertes campos gravitacionales, los efectos de la curvatura del espacio-tiempo adquieren una importancia fundamental, lo que también contribuye a la compresión ilimitada del núcleo de la estrella y su transformación en un agujero negro (Fig. 3).

En conclusión, observamos que los agujeros negros formados en nuestra era (por ejemplo, el agujero negro en el sistema Cygnus X-1), estrictamente hablando, no son cien por cien agujeros negros, ya que debido a la dilatación relativista del tiempo para un observador distante, sus horizontes de sucesos aún no se han formado. Las superficies de estas estrellas en colapso parecen congeladas para un observador en la Tierra, acercándose sin cesar a sus horizontes de sucesos.

Para que finalmente se formen agujeros negros a partir de objetos que colapsan, debemos esperar todo el tiempo infinitamente largo de existencia de nuestro Universo. Sin embargo, cabe destacar que ya en los primeros segundos del colapso relativista, la superficie de la estrella en colapso se acerca mucho al horizonte de sucesos para un observador desde la Tierra y todos los procesos en esta superficie se ralentizan infinitamente.

Los agujeros negros son los únicos cuerpos cósmicos capaces de atraer la luz por gravedad. También son los objetos más grandes del Universo. Es poco probable que sepamos qué sucederá cerca de su horizonte de sucesos (conocido como el “punto sin retorno”) en el corto plazo. Estos son los lugares más misteriosos de nuestro mundo, sobre los cuales, a pesar de décadas de investigación, todavía se sabe muy poco. Este artículo contiene 10 hechos que pueden considerarse los más intrigantes.

Los agujeros negros no absorben materia

Mucha gente imagina un agujero negro como una especie de “aspiradora espacial” que aspira el espacio circundante. De hecho, los agujeros negros son objetos espaciales ordinarios que tienen un campo gravitacional excepcionalmente fuerte.

Si en lugar del Sol surgiera un agujero negro del mismo tamaño, la Tierra no sería atraída hacia él, sino que giraría en la misma órbita que lo hace hoy. Las estrellas situadas junto a los agujeros negros pierden parte de su masa en forma de viento estelar (esto ocurre durante la existencia de cualquier estrella) y los agujeros negros absorben sólo esta materia.

Karl Schwarzschild predijo la existencia de agujeros negros

Karl Schwarzschild fue el primero en utilizar la teoría general de la relatividad de Einstein para demostrar la existencia de un "punto sin retorno". El propio Einstein no pensó en los agujeros negros, aunque su teoría predice su existencia.

Schwarzschild hizo su propuesta en 1915, inmediatamente después de que Einstein publicara su teoría general de la relatividad. En ese momento surgió el término “radio de Schwarzschild”, un valor que muestra cuánto tendría que comprimirse un objeto para que se convirtiera en un agujero negro.

En teoría, cualquier cosa puede convertirse en un agujero negro si se comprime lo suficiente. Cuanto más denso es el objeto, más fuerte es el campo gravitacional que crea. Por ejemplo, la Tierra se convertiría en un agujero negro si tuviera la masa de un objeto del tamaño de un maní.

Los agujeros negros pueden dar origen a nuevos universos

La idea de que los agujeros negros puedan dar origen a nuevos universos parece absurda (sobre todo porque todavía no estamos seguros de la existencia de otros universos). Sin embargo, los científicos están desarrollando activamente estas teorías.

Una versión muy simplificada de una de estas teorías es la siguiente. Nuestro mundo tiene condiciones extremadamente favorables para el surgimiento de la vida en él. Si alguna de las constantes físicas cambiara aunque fuera un poco, no estaríamos en este mundo. La singularidad de los agujeros negros anula las leyes normales de la física y podría (al menos en teoría) dar lugar a un nuevo universo que será diferente al nuestro.

Los agujeros negros pueden convertirte a ti (y a cualquier otra cosa) en espaguetis

Los agujeros negros estiran los objetos que se encuentran cerca de ellos. Estos objetos empiezan a parecerse a los espaguetis (incluso existe un término especial: "espaguetificación").

Esto sucede debido a la forma en que funciona la gravedad. En este momento, tus piernas están más cerca del centro de la Tierra que tu cabeza, por lo que se sienten atraídas con más fuerza. En la superficie de un agujero negro, la diferencia de gravedad comienza a actuar en nuestra contra. Las piernas son atraídas hacia el centro del agujero negro cada vez más rápido, de modo que la mitad superior del cuerpo no puede seguirles el ritmo. Resultado: ¡espaguetificación!

Los agujeros negros se evaporan con el tiempo

Los agujeros negros no sólo absorben el viento estelar, sino que también se evaporan. Este fenómeno fue descubierto en 1974 y se llamó radiación de Hawking (en honor a Stephen Hawking, quien hizo el descubrimiento).

Con el tiempo, el agujero negro puede liberar toda su masa al espacio circundante junto con esta radiación y desaparecer.

Los agujeros negros ralentizan el tiempo cerca de ellos

A medida que te acercas al horizonte de sucesos, el tiempo se ralentiza. Para entender por qué sucede esto, debemos observar la “paradoja de los gemelos”, un experimento mental que se utiliza a menudo para ilustrar los principios básicos de la teoría de la relatividad general de Einstein.

Uno de los hermanos gemelos permanece en la Tierra y el segundo emprende un viaje espacial a la velocidad de la luz. Al regresar a la Tierra, el gemelo descubre que su hermano ha envejecido más que él porque el tiempo avanza más lento cuando viaja cerca de la velocidad de la luz.

A medida que te acerques al horizonte de sucesos de un agujero negro, te moverás a una velocidad tan alta que el tiempo se ralentizará para ti.

Los agujeros negros son los sistemas energéticos más avanzados

Los agujeros negros generan energía mejor que el Sol y otras estrellas. Esto se debe a la materia que orbita a su alrededor. Al cruzar el horizonte de sucesos a enorme velocidad, la materia en la órbita del agujero negro se calienta hasta alcanzar temperaturas extremadamente altas. Esto se llama radiación de cuerpo negro.

En comparación, la fusión nuclear convierte el 0,7% de la materia en energía. ¡Cerca de un agujero negro, el 10% de la materia se convierte en energía!

Los agujeros negros doblan el espacio a su alrededor

Se puede pensar en el espacio como una placa de goma estirada sobre la que se dibujan líneas. Si pones un objeto en el disco, cambiará su forma. Los agujeros negros funcionan de la misma manera. Su masa extrema atrae todo, incluida la luz (cuyos rayos, siguiendo con la analogía, podrían llamarse líneas en un plato).

Los agujeros negros limitan el número de estrellas en el Universo

Las estrellas surgen de nubes de gas. Para que comience la formación de estrellas, la nube debe enfriarse.

La radiación de los cuerpos negros impide que las nubes de gas se enfríen y evita la aparición de estrellas.

En teoría, cualquier objeto puede convertirse en un agujero negro.

La única diferencia entre nuestro Sol y un agujero negro es la fuerza de gravedad. En el centro de un agujero negro es mucho más fuerte que en el centro de una estrella. Si nuestro Sol estuviera comprimido a unos cinco kilómetros de diámetro, podría ser un agujero negro.

En teoría, cualquier cosa puede convertirse en un agujero negro. En la práctica, sabemos que los agujeros negros surgen sólo como resultado del colapso de estrellas enormes que superan en masa al Sol entre 20 y 30 veces.

La mayoría de la gente tiene una idea vaga o incorrecta de qué son los agujeros negros. Mientras tanto, estos son objetos del Universo tan globales y poderosos, en comparación con los cuales nuestro Planeta y toda nuestra vida no son nada.

Esencia

Se trata de un objeto cósmico con una gravedad tan enorme que absorbe todo lo que cae dentro de sus límites. En esencia, un agujero negro es un objeto que ni siquiera deja salir la luz y curva el espacio-tiempo. Incluso el tiempo avanza más lentamente cerca de los agujeros negros.

De hecho, la existencia de agujeros negros es sólo una teoría (y un poco de práctica). Los científicos tienen suposiciones y experiencia práctica, pero aún no han podido estudiar de cerca los agujeros negros. Por lo tanto, todos los objetos que se ajustan a esta descripción se denominan convencionalmente agujeros negros. Los agujeros negros han sido poco estudiados y, por tanto, quedan muchas preguntas sin resolver.

Cualquier agujero negro tiene un horizonte de sucesos, ese límite tras el cual nada puede escapar. Además, cuanto más cerca está un objeto de un agujero negro, más lento se mueve.

Educación

Existen varios tipos y métodos de formación de agujeros negros:
- la formación de agujeros negros como resultado de la formación del Universo. Estos agujeros negros aparecieron inmediatamente después del Big Bang.
- estrellas moribundas. Cuando una estrella pierde su energía y se detienen las reacciones termonucleares, la estrella comienza a encogerse. Dependiendo del grado de compresión se distinguen las estrellas de neutrones, las enanas blancas y, de hecho, los agujeros negros.
- obtenido a través del experimento. Por ejemplo, se puede crear un agujero negro cuántico en un colisionador.

Versiones

Muchos científicos se inclinan a creer que los agujeros negros expulsan toda la materia absorbida a otra parte. Aquellos. Debe haber “agujeros blancos” que funcionen según un principio diferente. Si puedes entrar en un agujero negro, pero no puedes salir, entonces, por el contrario, no puedes entrar en un agujero blanco. El principal argumento de los científicos son las fuertes y poderosas explosiones de energía que se registran en el espacio.

Los defensores de la teoría de cuerdas generalmente crearon su propio modelo de agujero negro, que no destruye la información. Su teoría se llama "Fuzzball" y permite responder preguntas relacionadas con la singularidad y la desaparición de la información.

¿Qué es la singularidad y desaparición de la información? Una singularidad es un punto en el espacio caracterizado por una presión y densidad infinitas. Mucha gente se siente confundida por el hecho de la singularidad, porque los físicos no pueden trabajar con números infinitos. Muchos están seguros de que existe una singularidad en un agujero negro, pero sus propiedades se describen de manera muy superficial.

En términos simples, todos los problemas y malentendidos surgen de la relación entre la mecánica cuántica y la gravedad. Hasta ahora, los científicos no pueden crear una teoría que los una. Y es por eso que surgen los problemas con un agujero negro. Después de todo, un agujero negro parece destruir información, pero al mismo tiempo se violan los fundamentos de la mecánica cuántica. Aunque recientemente S. Hawking pareció haber resuelto este problema afirmando que la información en los agujeros negros no se destruye.

Estereotipos

En primer lugar, los agujeros negros no pueden existir indefinidamente. Y todo gracias a la evaporación de Hawking. Por tanto, no hay necesidad de pensar que los agujeros negros tarde o temprano se tragarán el Universo.

En segundo lugar, nuestro Sol no se convertirá en un agujero negro. Ya que la masa de nuestra estrella no será suficiente. Es más probable que nuestro sol se convierta en una enana blanca (y eso no es un hecho).

En tercer lugar, el Gran Colisionador de Hadrones no destruirá nuestra Tierra creando un agujero negro. Incluso si crean deliberadamente un agujero negro y lo "liberan", debido a su pequeño tamaño, consumirá nuestro planeta durante mucho, mucho tiempo.

En cuarto lugar, no es necesario pensar que un agujero negro es un "agujero" en el espacio. Un agujero negro es un objeto esférico. De ahí la mayoría de las opiniones de que los agujeros negros conducen a un universo paralelo. Sin embargo, este hecho aún no ha sido probado.

En quinto lugar, un agujero negro no tiene color. Se detecta mediante radiación de rayos X o en el contexto de otras galaxias y estrellas (efecto lente).

Debido al hecho de que la gente a menudo confunde los agujeros negros con los agujeros de gusano (que realmente existen), estos conceptos no se distinguen entre la gente común. Un agujero de gusano realmente permite moverse en el espacio y el tiempo, pero hasta ahora sólo en teoría.

Cosas complejas en términos simples

Es difícil describir un fenómeno como un agujero negro en un lenguaje sencillo. Si te consideras un técnico versado en las ciencias exactas, te aconsejo que leas directamente los trabajos de los científicos. Si desea obtener más información sobre este fenómeno, lea las obras de Stephen Hawking. Hizo mucho por la ciencia, y especialmente en el campo de los agujeros negros. La evaporación de los agujeros negros lleva su nombre. Es partidario del enfoque pedagógico y, por lo tanto, todas sus obras serán comprensibles incluso para el ciudadano medio.

Libros:
- “Agujeros negros y universos jóvenes” 1993.
- “El mundo en pocas palabras 2001”.
- “La Breve Historia del Universo 2005”.

Especialmente quiero recomendar sus películas de divulgación científica, que le hablarán en un lenguaje comprensible no solo sobre los agujeros negros, sino también sobre el Universo en general:
- “El Universo de Stephen Hawking”: una serie de 6 episodios.
- "En lo profundo del universo con Stephen Hawking" - una serie de 3 episodios.
Todas estas películas han sido traducidas al ruso y suelen proyectarse en los canales Discovery.

¡Gracias por su atención!

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El Universo ilimitado está lleno de secretos, acertijos y paradojas. A pesar de que la ciencia moderna ha dado un gran paso adelante en la exploración espacial, gran parte de este vasto mundo sigue siendo incomprensible para la cosmovisión humana. Sabemos mucho sobre estrellas, nebulosas, cúmulos y planetas. Sin embargo, en la inmensidad del Universo hay objetos cuya existencia sólo podemos adivinar. Por ejemplo, sabemos muy poco sobre los agujeros negros. La información y el conocimiento básicos sobre la naturaleza de los agujeros negros se basan en suposiciones y conjeturas. Los astrofísicos y los científicos nucleares llevan décadas luchando con esta cuestión. ¿Qué es un agujero negro en el espacio? ¿Cuál es la naturaleza de tales objetos?

Hablando de agujeros negros en términos sencillos

Para imaginar cómo es un agujero negro, basta con ver la cola de un tren entrando en un túnel. Las luces de señalización del último vagón disminuirán de tamaño a medida que el tren se adentre en el túnel hasta que desaparezcan por completo de la vista. En otras palabras, se trata de objetos en los que, debido a una gravedad monstruosa, incluso la luz desaparece. Las partículas elementales, electrones, protones y fotones no pueden superar la barrera invisible y caer en el negro abismo de la nada, razón por la cual ese agujero en el espacio se llama negro. No hay la más mínima área de luz en su interior, completa negrura e infinito. Se desconoce qué hay al otro lado del agujero negro.

Esta aspiradora espacial tiene una fuerza gravitacional colosal y es capaz de absorber una galaxia entera con todos los cúmulos y supercúmulos de estrellas, además de nebulosas y materia oscura. ¿Cómo es esto posible? Sólo podemos adivinar. Las leyes de la física que conocemos en este caso están a punto de estallar y no explican los procesos que tienen lugar. La esencia de la paradoja es que en una determinada parte del Universo la interacción gravitacional de los cuerpos está determinada por su masa. El proceso de absorción por un objeto de otro no se ve influenciado por su composición cualitativa y cuantitativa. Las partículas, al alcanzar un número crítico en un área determinada, entran en otro nivel de interacción, donde las fuerzas gravitacionales se convierten en fuerzas de atracción. Un cuerpo, objeto, sustancia o materia comienza a comprimirse bajo la influencia de la gravedad, alcanzando una densidad colosal.

Procesos aproximadamente similares ocurren durante la formación de una estrella de neutrones, donde la materia estelar se comprime en volumen bajo la influencia de la gravedad interna. Los electrones libres se combinan con los protones para formar partículas eléctricamente neutras llamadas neutrones. La densidad de esta sustancia es enorme. Una partícula de materia del tamaño de un trozo de azúcar refinada pesa miles de millones de toneladas. Aquí sería apropiado recordar la teoría general de la relatividad, donde el espacio y el tiempo son cantidades continuas. En consecuencia, el proceso de compresión no se puede detener a mitad de camino y por tanto no tiene límite.

Potencialmente, un agujero negro parece un agujero en el que puede haber una transición de una parte del espacio a otra. Al mismo tiempo, las propiedades del espacio y el tiempo cambian, convirtiéndose en un embudo espacio-temporal. Al llegar al fondo de este embudo, cualquier materia se desintegra en cuantos. ¿Qué hay al otro lado del agujero negro, este agujero gigante? Quizás exista otro espacio donde se aplican otras leyes y el tiempo fluye en la dirección opuesta.

En el contexto de la teoría de la relatividad, la teoría del agujero negro se ve así. El punto en el espacio donde las fuerzas gravitacionales han comprimido cualquier materia a tamaños microscópicos tiene una fuerza de atracción colosal, cuya magnitud aumenta hasta el infinito. Aparece un pliegue del tiempo y el espacio se dobla, cerrándose en un punto. Los objetos tragados por un agujero negro no pueden resistir por sí solos la fuerza de tracción de esta monstruosa aspiradora. Incluso la velocidad de la luz que poseen los cuantos no permite que las partículas elementales superen la fuerza de gravedad. Cualquier cuerpo que llegue a tal punto deja de ser un objeto material y se fusiona con una burbuja de espacio-tiempo.

Los agujeros negros desde un punto de vista científico

Si te preguntas ¿cómo se forman los agujeros negros? No habrá una respuesta clara. Hay muchas paradojas y contradicciones en el Universo que no se pueden explicar desde un punto de vista científico. La teoría de la relatividad de Einstein sólo permite una explicación teórica de la naturaleza de tales objetos, pero la mecánica cuántica y la física guardan silencio en este caso.

Al tratar de explicar los procesos que ocurren según las leyes de la física, la imagen se verá así. Un objeto formado como resultado de una colosal compresión gravitacional de un cuerpo cósmico masivo o supermasivo. Este proceso tiene un nombre científico: colapso gravitacional. El término "agujero negro" se escuchó por primera vez en la comunidad científica en 1968, cuando el astrónomo y físico estadounidense John Wheeler intentó explicar el estado de colapso estelar. Según su teoría, en lugar de una estrella masiva que ha sufrido un colapso gravitacional, aparece una brecha espacial y temporal, en la que opera una compresión cada vez mayor. Todo lo que compone la estrella va dentro de sí misma.

Esta explicación nos permite concluir que la naturaleza de los agujeros negros no tiene ninguna relación con los procesos que ocurren en el Universo. Todo lo que sucede dentro de este objeto no se refleja de ninguna manera en el espacio circundante con un solo "PERO". La fuerza gravitacional de un agujero negro es tan fuerte que dobla el espacio, haciendo que las galaxias giren alrededor de los agujeros negros. En consecuencia, queda clara la razón por la que las galaxias toman la forma de espirales. Se desconoce cuánto tiempo tardará la enorme Vía Láctea en desaparecer en el abismo de un agujero negro supermasivo. Un dato interesante es que los agujeros negros pueden aparecer en cualquier lugar del espacio exterior, donde se crean las condiciones ideales para ello. Tal pliegue de tiempo y espacio neutraliza las enormes velocidades con las que las estrellas giran y se mueven por el espacio de la galaxia. El tiempo en un agujero negro fluye en otra dimensión. Dentro de esta región no se pueden interpretar leyes de la gravedad en términos físicos. Este estado se llama singularidad de agujero negro.

Los agujeros negros no muestran signos de identificación externos; su existencia puede juzgarse por el comportamiento de otros objetos espaciales afectados por campos gravitacionales. Toda la imagen de una lucha a vida o muerte tiene lugar en el borde de un agujero negro, que está cubierto por una membrana. Esta superficie de embudo imaginaria se llama "horizonte de sucesos". Todo lo que vemos hasta esta frontera es tangible y material.

Escenarios de formación de agujeros negros

Desarrollando la teoría de John Wheeler, podemos concluir que el misterio de los agujeros negros probablemente no se encuentra en el proceso de su formación. La formación de un agujero negro se produce como consecuencia del colapso de una estrella de neutrones. Además, la masa de tal objeto debería exceder la masa del Sol en tres o más veces. La estrella de neutrones se encoge hasta que su propia luz ya no puede escapar del fuerte abrazo de la gravedad. Existe un límite en el tamaño al que una estrella puede encogerse, dando origen a un agujero negro. Este radio se llama radio gravitacional. Las estrellas masivas en la etapa final de su desarrollo deberían tener un radio gravitacional de varios kilómetros.

Hoy, los científicos han obtenido evidencia indirecta de la presencia de agujeros negros en una docena de estrellas binarias de rayos X. Las estrellas de rayos X, los púlsares o los estallidos no tienen una superficie sólida. Además, su masa es mayor que la masa de tres soles. El estado actual del espacio exterior en la constelación de Cygnus, la estrella de rayos X Cygnus X-1, nos permite seguir el proceso de formación de estos curiosos objetos.

Con base en investigaciones y supuestos teóricos, hoy en la ciencia existen cuatro escenarios para la formación de estrellas negras:

• colapso gravitacional de una estrella masiva en la etapa final de su evolución;
• colapso de la región central de la galaxia;
• la formación de agujeros negros durante el Big Bang;
• Formación de agujeros negros cuánticos.

El primer escenario es el más realista, pero el número de estrellas negras que conocemos hoy en día supera el número de estrellas de neutrones conocidas. Y la edad del Universo no es tan grande como para que tantas estrellas masivas puedan pasar por todo el proceso de evolución.

El segundo escenario tiene derecho a la vida, y hay un ejemplo sorprendente de ello: el agujero negro supermasivo Sagitario A*, ubicado en el centro de nuestra galaxia. La masa de este objeto es 3,7 masas solares. El mecanismo de este escenario es similar al escenario del colapso gravitacional, con la única diferencia de que no es la estrella la que colapsa, sino el gas interestelar. Bajo la influencia de fuerzas gravitacionales, el gas se comprime hasta una masa y densidad críticas. En un momento crítico, la materia se desintegra en cuantos, formando un agujero negro. Sin embargo, esta teoría está en duda, ya que recientemente los astrónomos de la Universidad de Columbia identificaron satélites del agujero negro Sagitario A*. Resultó que eran muchos pequeños agujeros negros, que probablemente se formaron de otra manera.

El tercer escenario es más teórico y está asociado a la existencia de la teoría del Big Bang. En el momento de la formación del Universo, parte de la materia y los campos gravitacionales sufrieron fluctuaciones. En otras palabras, los procesos tomaron un camino diferente, sin relación con los procesos conocidos de la mecánica cuántica y la física nuclear.

El último escenario se centra en la física de una explosión nuclear. En grupos de materia, durante reacciones nucleares bajo la influencia de fuerzas gravitacionales, se produce una explosión y en su lugar se forma un agujero negro. La materia explota hacia adentro, absorbiendo todas las partículas.

Existencia y evolución de los agujeros negros.

Teniendo una idea aproximada de la naturaleza de objetos espaciales tan extraños, hay algo más que resulta interesante. ¿Cuáles son los verdaderos tamaños de los agujeros negros y a qué velocidad crecen? Los tamaños de los agujeros negros están determinados por su radio gravitacional. En el caso de los agujeros negros, el radio del agujero negro está determinado por su masa y se denomina radio de Schwarzschild. Por ejemplo, si un objeto tiene una masa igual a la masa de nuestro planeta, entonces el radio de Schwarzschild en este caso es de 9 mm. Nuestra luminaria principal tiene un radio de 3 km. La densidad media de un agujero negro formado en lugar de una estrella con una masa de 10⁸ masas solares será cercana a la densidad del agua. El radio de dicha formación será de 300 millones de kilómetros.

Es probable que estos agujeros negros gigantes se encuentren en el centro de las galaxias. Hasta la fecha se conocen 50 galaxias, en cuyo centro hay enormes pozos temporales y espaciales. La masa de estos gigantes es miles de millones de la masa del Sol. Uno sólo puede imaginar la colosal y monstruosa fuerza de atracción que tiene un agujero así.

En cuanto a los agujeros pequeños, se trata de miniobjetos cuyo radio alcanza valores insignificantes, sólo 10¯¹² cm. La masa de tales migajas es de 10¹⁴g. Estas formaciones surgieron en la época del Big Bang, pero con el tiempo aumentaron de tamaño y hoy hacen alarde de monstruos en el espacio exterior. Los científicos ahora están tratando de recrear las condiciones bajo las cuales se formaron pequeños agujeros negros en condiciones terrestres. Para ello se realizan experimentos en colisionadores de electrones, mediante los cuales se aceleran partículas elementales hasta la velocidad de la luz. Los primeros experimentos permitieron obtener plasma de quarks-gluones en condiciones de laboratorio, materia que existía en los albores de la formación del Universo. Estos experimentos nos permiten esperar que la aparición de un agujero negro en la Tierra sea sólo cuestión de tiempo. Otra cosa es si tal logro de la ciencia humana no se convertirá en un desastre para nosotros y para nuestro planeta. Creando un agujero negro artificial podemos abrir la caja de Pandora.

Observaciones recientes de otras galaxias han permitido a los científicos descubrir agujeros negros cuyas dimensiones superan todas las expectativas y suposiciones imaginables. La evolución que se produce con este tipo de objetos permite comprender mejor por qué crece la masa de los agujeros negros y cuál es su límite real. Los científicos han llegado a la conclusión de que todos los agujeros negros conocidos alcanzaron su tamaño real en 13 o 14 mil millones de años. La diferencia de tamaño se explica por la densidad del espacio circundante. Si un agujero negro tiene suficiente alimento al alcance de sus fuerzas gravitacionales, crece a pasos agigantados, alcanzando una masa de cientos o miles de masas solares. De ahí el tamaño gigantesco de estos objetos ubicados en el centro de las galaxias. Un cúmulo masivo de estrellas, enormes masas de gas interestelar proporcionan abundante alimento para el crecimiento. Cuando las galaxias se fusionan, los agujeros negros pueden fusionarse para formar un nuevo objeto supermasivo.

A juzgar por el análisis de los procesos evolutivos, se acostumbra distinguir dos clases de agujeros negros:

• objetos con una masa 10 veces la masa solar;
• objetos masivos cuya masa es de cientos de miles, miles de millones de masas solares.

Hay agujeros negros con una masa intermedia media de 100 a 10 mil masas solares, pero su naturaleza aún sigue siendo desconocida. Hay aproximadamente un objeto de este tipo por galaxia. El estudio de las estrellas de rayos X permitió encontrar dos agujeros negros de masa media a una distancia de 12 millones de años luz en la galaxia M82. La masa de un objeto varía en el rango de 200 a 800 masas solares. El otro objeto es mucho más grande y tiene una masa de 10 a 40 mil masas solares. El destino de tales objetos es interesante. Se encuentran cerca de cúmulos estelares, siendo gradualmente atraídos por el agujero negro supermasivo ubicado en la parte central de la galaxia.

Nuestro planeta y los agujeros negros

A pesar de la búsqueda de pistas sobre la naturaleza de los agujeros negros, el mundo científico está preocupado por el lugar y el papel del agujero negro en el destino de la Vía Láctea y, en particular, en el destino del planeta Tierra. El pliegue de tiempo y espacio que existe en el centro de la Vía Láctea absorbe gradualmente todos los objetos existentes a su alrededor. Millones de estrellas y billones de toneladas de gas interestelar ya han sido absorbidos por el agujero negro. Con el tiempo, le llegará el turno a los brazos de Cisne y Sagitario, en los que se encuentra el Sistema Solar, cubriendo una distancia de 27 mil años luz.

El otro agujero negro supermasivo más cercano se encuentra en la parte central de la galaxia de Andrómeda. Está a unos 2,5 millones de años luz de nosotros. Probablemente, antes de que nuestro objeto Sagitario A* engulla su propia galaxia, deberíamos esperar una fusión de dos galaxias vecinas. En consecuencia, dos agujeros negros supermasivos se fusionarán en uno, de tamaño terrible y monstruoso.

Los pequeños agujeros negros son un asunto completamente diferente. Para tragarse el planeta Tierra basta con un agujero negro con un radio de un par de centímetros. El problema es que, por su naturaleza, un agujero negro es un objeto completamente sin rostro. De su vientre no emana radiación ni radiación, por lo que es bastante difícil notar un objeto tan misterioso. Sólo a corta distancia se puede detectar la curvatura de la luz de fondo, lo que indica que en esta región del Universo hay un agujero en el espacio.

Hasta la fecha, los científicos han determinado que el agujero negro más cercano a la Tierra es el objeto V616 Monocerotis. El monstruo se encuentra a 3.000 años luz de nuestro sistema. Esta es una formación de gran tamaño, su masa es de 9 a 13 masas solares. Otro objeto cercano que representa una amenaza para nuestro mundo es el agujero negro Gygnus X-1. Estamos separados de este monstruo por una distancia de 6.000 años luz. Los agujeros negros descubiertos en nuestro vecindario son parte de un sistema binario, es decir. existen muy cerca de la estrella que alimenta al objeto insaciable.

Conclusión

La existencia de objetos tan misteriosos y misteriosos en el espacio como los agujeros negros ciertamente nos obliga a estar en guardia. Sin embargo, todo lo que les sucede a los agujeros negros ocurre muy raramente, dada la edad del Universo y las enormes distancias. Durante 4.500 millones de años, el sistema solar ha estado en reposo y existe según las leyes que conocemos. Durante este tiempo, nada parecido, ni una distorsión del espacio ni un pliegue del tiempo, apareció cerca del Sistema Solar. Probablemente no existan las condiciones adecuadas para ello. La parte de la Vía Láctea en la que reside el sistema estelar del Sol es una zona del espacio tranquila y estable.

Los científicos admiten que la aparición de agujeros negros no es accidental. Estos objetos desempeñan el papel de ordenanzas en el Universo, destruyendo el exceso de cuerpos cósmicos. En cuanto al destino de los propios monstruos, su evolución aún no se ha estudiado completamente. Existe una versión de que los agujeros negros no son eternos y, en cierto momento, pueden dejar de existir. Ya no es un secreto que estos objetos representan poderosas fuentes de energía. Qué tipo de energía es y cómo se mide es otra cuestión.

Gracias a los esfuerzos de Stephen Hawking, se presentó a la ciencia la teoría de que un agujero negro todavía emite energía mientras pierde su masa. En sus suposiciones, el científico se guió por la teoría de la relatividad, donde todos los procesos están interrelacionados entre sí. Nada desaparece sin aparecer en otro lugar. Cualquier materia puede transformarse en otra sustancia, pasando un tipo de energía a otro nivel energético. Este puede ser el caso de los agujeros negros, que son un portal de transición de un estado a otro.

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