La ciencia del agujero negro entra en su edad de oro
Durante siglos, los agujeros negros fueron solo ideas especulativas.
Esta pequeña parte del campo profundo de GOODS-N, fotografiada con varios observatorios, incluidos Hubble, Spitzer, Chandra, XMM-Newton, Herschel, VLT y más, contiene lo que parece ser un punto rojo anodino. Este objeto, un híbrido casi galáctico hace solo 730 millones de años después del Big Bang, puede ser la clave para resolver el misterio de la evolución intergaláctica de los agujeros negros. Una vez especulada, la evidencia de la existencia física y la ubicuidad de los agujeros negros ahora es abrumadora.
El concepto surgió por primera vez en 1783, cuando John Michelle los propuso.
Esta imagen del Sol, tomada el 20 de abril de 2015, muestra una serie de características comunes a todas las estrellas: anillos magnéticos, protuberancias, filamentos de plasma y regiones de temperaturas altas y bajas. El Sol es menos denso que la Tierra, pero es mucho más grande y masivo, y tiene una velocidad de escape mucho mayor de su superficie que la Tierra. Si el Sol mantuviera la misma densidad pero fuera 500 veces su masa actual, con el correspondiente aumento de tamaño, colapsaría en un agujero negro, como lo demostró por primera vez en 1783 John Michelle, incluso en gravedad newtoniana.
Si mantienes la densidad del Sol pero aumentas su masa, la luz no puede escapar más allá de las 500 masas solares.
Dentro de un agujero negro, la curvatura del espacio-tiempo es tan grande que ni la luz ni las partículas pueden escapar bajo ninguna circunstancia. La singularidad, basada en nuestras leyes actuales de la física, debería ser determinista, aunque la naturaleza de esta singularidad no se comprende bien en el contexto de la relatividad general únicamente.
Aunque no se notó nada, la idea resurgió con la solución de Karl Schwarzschild de 1916 dentro de la relatividad general de Einstein.
Si comienza con una composición de masa constante, constante, y no hay fuerzas o influencias no gravitatorias presentes (o todas son insignificantes en comparación con la gravedad), entonces esa masa colapsará inevitablemente en un agujero negro. Es una de las principales razones por las que un universo estático y que no se expande es incompatible con la relatividad de Einstein.
Con suficiente masa en un determinado volumen espacial, el colapso en forma de agujero negro se vuelve inevitable.
Desde fuera del agujero negro, toda la materia que cae emitirá luz y siempre será visible, mientras que nada más allá del horizonte de sucesos podrá salir. Pero si fueras tú quien cayó en un agujero negro, tu energía podría reaparecer como parte de un Big Bang caliente en un mundo recién nacido; La relación entre los agujeros negros y el nacimiento de nuevos universos es todavía especulativa, pero rechazada bajo nuestro propio riesgo.
En 1963, Roy Kerr promovió la solución de Schwarzschild para integrar rotaciones.
Incluso para una entidad compleja como un agujero negro supermasivo giratorio (agujero negro de Kyir), una vez que cruzas el horizonte de eventos (externo), sin importar de qué tipo de materia o radiación esté hecho, caerá hacia el centro de la singularidad y agregará a la masa del agujero negro. Sin embargo, lo que sucede en el centro de singularidad no está bien descrito por la física actual, pues su comportamiento es satisfactorio.
Al mismo tiempo, apareció evidencia sugerente de un “agujero negro” con el descubrimiento de los primeros cuásares.
La característica de radio de la galaxia Alcioneo incluye un agujero negro activo central, chorros de equilibrio y dos lóbulos de radio gigantes en cada extremo. La Vía Láctea se muestra en la parte inferior de la escala, así como “10 veces la Vía Láctea” como perspectiva.
Las fuentes de radio extragalácticas QUAsi-StellAr (QUASAR) estaban muy lejos, pero brillaban intensamente en la luz de radio y más allá.
Esta ilustración de un cuásar ruidoso incrustado dentro de una galaxia de formación estelar ofrece una mirada de cerca a cómo podrían aparecer las radiogalaxias gigantes. En el centro de una galaxia activa con un agujero negro supermasivo, los chorros golpean el halo galáctico más grande, energizando el gas y el plasma y provocando emisiones de radio en forma de chorros cerca del agujero negro y luego penachos y/o lóbulos lejos. Tanto los agujeros negros supermasivos como los estelares tienen pruebas convincentes que respaldan su existencia.
Luego se encontró Cygnus X-1, un filtro de agujero negro que emite rayos X, dentro de la Vía Láctea.
Cygnus X-1 fue descubierto en 1964 como una fuente de emisión de rayos X correspondiente a un cuerpo estelar que orbita alrededor de un agujero negro, y representó el primer agujero negro candidato conocido dentro de la Vía Láctea. Cygnus X-1 se encuentra cerca de grandes regiones activas de formación de estrellas en la Vía Láctea: precisamente el lugar donde se esperaba encontrar un agujero negro emisor de rayos X.
Por su parte, Roger Penrose ha demostrado, de forma astronómica, cómo se pueden formar agujeros negros de forma práctica en nuestro universo.
Cuando la materia colapsa, inevitablemente puede formar un agujero negro. Penrose fue el primero en establecer la física del espacio-tiempo, que se aplica a todos los observadores en todos los puntos del espacio y en todos los momentos del tiempo, y que gobierna dicho sistema. Su concepto ha sido el estándar de oro en relatividad general desde entonces.
John Wheeler los nombró “agujeros negros” en 1968.
Esta vista de tres paneles muestra la región central de la galaxia Messier 87, hogar del agujero negro más grande (alrededor de 6.500 millones de masas solares) conocido a unos 100 millones de años luz de nosotros. El chorro de luz (arriba), los lóbulos de radio (abajo a la izquierda) y las firmas de emisión de rayos X sobrecalentados (abajo a la derecha) indican la presencia de un agujero negro supermasivo, recientemente confirmado por mediciones directas del Event Horizon Telescope.
Una vez adivinado, el estado moderno para ellos es abrumador.
Esta vista del capullo que rodea el centro de la Vía Láctea tiene solo unos 10 años luz de ancho, pero contiene un agujero negro supermasivo central que pesa 4 millones de veces la masa de nuestro sol y puede haber sido alimentado por él.
Aparecen emisiones de rayos X de la materia acelerada y acelerada.
El 14 de septiembre de 2013, los astrónomos detectaron el mayor resplandor de rayos X jamás detectado desde el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, conocido como Sagitario A*. La emisión de un agujero negro en muchas longitudes de onda de luz ha insinuado sus propiedades, pero no hay sustituto para la observación directa del horizonte de eventos.
Las estrellas individuales orbitan estos objetos masivos y poco luminosos.
Este intervalo de 20 años se acerca al centro de nuestra galaxia de ESO, publicado en 2018. Observe cómo la precisión y la sensibilidad de las características se agudizan y mejoran hacia el final, todas orbitando el negro supermasivo (invisible) de nuestra galaxia gap. Se cree que prácticamente todas las galaxias grandes, incluso en edades tempranas, contienen un agujero negro supermasivo, pero solo aquellas en el centro de la Vía Láctea están lo suficientemente cerca como para ver los movimientos de las estrellas individuales a su alrededor.
Las ondas gravitacionales surgen de ambos
Gráfico más reciente, a noviembre de 2021, de todos los agujeros negros y estrellas de neutrones observados electromagnéticamente y a través de ondas gravitacionales. Como puede ver claramente, ya no hay una “brecha” entre 2 y 5 masas solares; Más bien, este grupo existe y probablemente esté formado por agujeros negros formados por fusiones de estrellas de neutrones, de acuerdo con el evento del 17 de agosto de 2017.
y fusiones.
Cuando dos estrellas de neutrones chocan, si su masa total es lo suficientemente grande, no solo provocarán la explosión de una kilonova y crearán elementos pesados por todas partes, sino que también darán lugar a la formación de un nuevo agujero negro a partir de los restos de la posfusión. Las ondas gravitacionales y los rayos gamma de la fusión parecen viajar a velocidades indistinguibles: la velocidad de todas las partículas sin masa.
Y la emisión de fotones está ahora revelando sus horizontes,
Comparación de tamaño de los dos agujeros negros fotografiados por la colaboración Event Horizon Telescope (EHT): M87*, en el corazón de la galaxia Messier 87, y Sagittarius A* (Sgr A*), en el centro de la Vía Láctea. Aunque el agujero negro en Messier 87 es fácil de fotografiar debido a la lenta diferencia de tiempo, el agujero alrededor del centro de la Vía Láctea es el más grande que se puede ver desde la Tierra.
incluida la polarización,
Vista polarizada del agujero negro de M87. Las líneas marcan la dirección de polarización asociada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. Observe cuánto más circular parece esta imagen que la imagen original, que era más como un punto. Se espera que todos los agujeros negros supermasivos muestren señales de polarización impresas en su radiación.
directamente. Bienvenido a la era dorada de los agujeros negros.
Datos promediados en el tiempo de varios puntos de tiempo diferentes que muestran una serie de instantáneas en la evolución de la radiación proveniente del arco A*. La estructura de la imagen “promedio” desmiente la rápida evolución temporal de la radiación alrededor de este objeto.
Mostly Mute Monday cuenta una historia astronómica con imágenes, imágenes y no más de 200 palabras. taciturno; sonríe más.
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