Agujeros negros. Tal vez el objeto más fascinante del universo, pero igualmente, la más incomprendida. Este será un inmenso viaje a través de un tema que es tan delirantemente peculiar ya que es increíblemente compleja. Disculpas por la falta de un subtítulo, pero nada anda en pos de un agujero negro!
Esta es la tercera parte de mi serie sobre Stars. Por favor, echa un vistazo a las dos primeras partes - la vida de las estrellas y la muerte de las estrellas masivas.
¿Cuáles son los agujeros negros?
Los astrofísicos son un grupo de habla singularmente recta. Cuando llaman a algo un Agujero Negro, tiene que ser negro y tiene que ser un agujero.
Estoy seguro de que estaríamos de acuerdo en que la definición popular de los agujeros negros es como sigue así - Un objeto tan denso que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ella desde su atracción gravitatoria. De manera anecdótica, que es una descripción bastante buena, pero científicamente, ninguno de esos puntos son bastante exactas.
El nacimiento de los agujeros negros - Los agujeros negros estelares
Es todo sobre el radio de Schwarzschild. Yo sé, eso es un buen bocado, así que llamaré a partir de ahora que los RS. Si el radio del objeto es igual a la RS, es una BH. El RS de un objeto es directamente dependiente de su masa.
Mientras que hipotéticamente puede ser posible para exprimir toda la Tierra hasta el tamaño de un guisante y formar un agujero negro microscópico, prácticamente, se forman casi todos los agujeros negros cuando los núcleos de la mayor colapso estrellas en una supernova. He discutido este proceso en la muerte de las estrellas masivas artículo. Estos son los agujeros negros estelares.
Una supernova. Éste forma una estrella de neutrones en lugar de un agujero negro.
Un poco más pequeño estrellas, pero todavía lo suficientemente masiva para entrar en erupción en una supernova, terminar con estrellas de neutrones en su núcleo. Las estrellas de neutrones son los antiguos casi-negro-agujeros. Sin embargo, aunque extremadamente raro, dos estrellas de neutrones podrían fusionarse para formar un agujero negro.
Los agujeros negros no son aspiradores
Los agujeros negros no sólo se chupan cosas en. Se comportan como cualquier otro cuerpo astronómico. Es perfectamente común para formar órbitas estables alrededor de un agujero negro. De hecho, si el Sol se redujo a una bola de ancho 6kilómetro, sería un agujero negro. Tendría un efecto insignificante sobre la Tierra - dejando a un lado la oscuridad y la no existencia de la vida. Los planetas seguirán en órbita alrededor del Solar-negro-agujero de la misma forma en que siempre lo había hecho.
Se acerque demasiado a la Tierra y la órbita caerá en la superficie. Del mismo modo, se acerque demasiado al agujero negro, y el objeto caerá en espiral en él.
En cuanto a una perspectiva galáctica, todo nuestro Sistema Solar está en una órbita estable alrededor de un Agujero Negro supermasivo. Pero más sobre esto más adelante!
¿Por qué los agujeros negros son negro
En primer lugar, vamos a definir el horizonte de sucesos. Es el punto en que ya no podemos ver la luz. Es la "superficie" del BH.
Es justo para simplificar el fenómeno de los agujeros negros son negro en términos newtonianos. La fuerza gravitacional es tan intenso que la velocidad de escape coincide con la velocidad de la luz en el horizonte de sucesos.
Pero sabemos que el universo no es newtoniana - es obligado por la relatividad general. No hay tal cosa como una fuerza gravitatoria. Por la relatividad general, el espacio y el tiempo son parte de la misma tela. Inmensamente objetos de gran masa curva el espacio-tiempo en gran medida.
Más allá del horizonte de sucesos, el espacio-tiempo se curva hasta ahora fuera de control espacio-tiempo plano que simplemente no existe. Todas las partículas - incluyendo electromagnética - simplemente curva alrededor del horizonte de sucesos. No hay camino hacia el exterior. Para los observadores que miran desde el exterior, la luz es desplazada al rojo en el olvido - hasta el punto de completa oscuridad.
espaguetización
No hace falta decir, este bit es puramente hipotético. Pero estabas a viajar a una BH, acercándose al horizonte de sucesos de la curvatura del espacio-tiempo (fuerza de marea) a tus pies será millones de veces más que en la cabeza! Por lo tanto, se le spaghettified - Sí, eso es un término técnico - a millas de largo!
Imagen cortesía de: Katherine Streeter para NPR
En cuanto a lo que sucede en el interior del agujero negro? En el centro de la misma - la singularidad? Pasando simplemente no tiene sentido en ese país.
Los agujeros negros son un tanto como cuando una cosa
Los agujeros negros pueden ser considerados como objetos en el espacio, pero en realidad, el universo tiene que ver con el espacio-tiempo. En el horizonte de sucesos, la relatividad general se rompe. Como se mencionó anteriormente, el espacio-tiempo se curva hasta el momento del reconocimiento de que el concepto de espacio y el concepto de tiempo simplemente dejan de tener sentido. En cierto modo, el agujero negro es atemporal - que es cuando ya no es un cuándo.
la última batalla de tiempo en el horizonte de sucesos
Por lo tanto, de vuelta al horizonte de sucesos, usted no es sólo infinitamente spaghettified, pero el tiempo se empieza a reproducir los trucos más extrañas antes de que se inclina hacia fuera.
Digamos que le pida a su amigo para observar su viaje hacia el agujero negro desde la distancia, y que están agitando el uno al otro. Su amigo podrá ver su movimiento ondulante más lento cuanto más se acerque al horizonte de sucesos. En el horizonte de eventos, desde la perspectiva de su amigo, su imagen se congela en el tiempo ... para siempre. Mientras tanto, desde su punto de vista, la onda de su amigo se acelerará a un ritmo febril. Este es de hecho una forma de viajar al futuro.
En el horizonte de sucesos, el universo exterior acelerará hasta un grado tan infinita que todo el futuro del universo - tropecientos millones de años - que va a pasar en un instante!
Deje que se hunden en un momento.
Radiación de Hawking
Excepto, los agujeros negros no duran para siempre. Recuerde que nada de nada escapar de él? Debido a los efectos cuánticos que desmienten la relatividad general, los agujeros negros irradian radiación del cuerpo negro estándar, por lo tanto, la reducción de tamaño con el tiempo. Esto se conoce como radiación de Hawking. A través de una imposiblemente largo período de tiempo, el agujero negro se encoge y finalmente desaparecerá.
La tasa de radiación de Hawking depende del tamaño del agujero negro. Para los micro agujeros negros hipotéticos, este será un proceso bastante rápido. Por esta razón, nunca habrá un pequeño agujero, nano negro creado en el CERN - van a desaparecer antes de que siquiera existen. Sin embargo, para los agujeros negros, las estrellas van a morir mucho antes de que se evaporan.
Los agujeros negros supermasivos
Los agujeros negros estelares son muy pequeñas - que suelen ser unos 50 km de diámetro. Aunque la mayoría de los agujeros negros horda objetos a su alrededor en órbitas estables, a veces estos objetos vienen un poco demasiado cerca. Con el tiempo, se forma un disco de acreción alrededor de algunos agujeros negros estelares, y el agujero negro comienza a alimentarse de ellos.
Si una estrella se acerca a un agujero negro, que incluso se los traga! Algunos agujeros negros continúan aumentar significativamente en tamaño.
agujero negro devorando una estrella cercana Gigante Azul. La nube roja es el disco de acreción. Esas rayas verticales son chorros electromagnéticas.
Pero la verdadera magia que ocurre cuando dos agujeros negros atraen entre sí. Se funden en un hecho violento que envía ondas a través del espacio-tiempo - ondas gravitatorias - lejos a través del universo. Por cierto, las primeras ondas gravitacionales de una fusión agujero negro se detectaron por LIGO hacia finales de 2015.