Burato negro

Buraco Negro de Messier 87. Primeira imaxe real dun burato negro: amósase en unidades de temperatura de brillo, ${T}_{\rm {b}}=S{\lambda }^{2}/2{k}_{\rm {B}}{\rm {\Omega }}$, onde S é a densidade de fluxo, λ é a lonxitude de onda de observación, ${k}_{\rm {B}}$ é a constante de Boltzmann e Ω é o ángulo sólido do elemento de resolución.

Un buraco negro, furado negro ou burato negro é un obxecto celeste cunha densidade tal que a curvatura do espazo adxacente está pregada sobre si, polo que están illados do universo exterior e nin sequera a luz (ao viaxar en liña recta, en realidade unha xeodésica, e estar o espazo curvo sobre si) pode fuxir. De aí o nome, xa que non só non emiten luz senón que absorben todo tipo de radiación ou materia que se achegue demasiado.

Pénsase que o feito de que a luz caia dentro destes obxectos é debido á súa enorme densidade, aínda que o feito é que os fotóns (Partículas mensaxeiras da radiación electromagnética) non teñen masa en repouso, senón só enerxía en movemento, véndose afectados pola gravidade a efectos desta.

Clasificación

Poden existir polo menos tres clases de buratos negros pola súa masa:

• buratos negros supermasivos, con masas equivalentes a varios millóns de soles, estes fórmanse no mesmo proceso que dá orixe ás compoñentes esféricas das galaxias.
• buratos negros de masa estelar, que se forman cando unha estrela de masa 2.5 maior que a do Sol se converte en supernova e implosiona. O seu núcleo concéntrase nun volume moi pequeno que cada vez vaise reducindo máis. Este é o tipo de buratos negros postulados por primeira vez dentro da teoría da relatividade xeral.
• micro buratos negros, son obxectos hipotéticos, algo máis pequenos que os estelares. Se son pequenos abondo, poden chegar a evaporarse nun período relativamente curto mediante emisión de radiación de Hawking. Este tipo de entidades físicas é postulado nalgúns enfoques da gravidade cuántica, pero non poden ser xerados por un proceso convencional de colapso gravitatorio, o cal require masas superiores á do Sol.

Historia

Pulsar da Nebulosa do Cangrexo

O primeiro astrónomo en falar de estrelas escuras foi o crego e astrónomo John Michell (1724-1793) que propuxo nun artigo publicado no ano 1783 publicado nas "Philosophical Transactions of the Royal Society of London" que se a gravidade dunha estrela fose maior que a velocidade de escape da luz esta non podería saír nunca da estrela o que daría lugar a unha estrela negra. O astrónomo e matemático francés Pierre-Simón de Laplace no ano 1795 chegou a mesma conclusión sinalando que é consonte a gravidade de Newton. Ámbolos dous pensadores consideraban que a velocidade da luz podía frearse consonte a física clásica.

Coa chegada da concepción cuántica da luz (a dualidade onda partícula do fotón), da teoría da relatividade xeral (velocidade da luz coma unha constante básica da natureza, o espazo tempo como unha entidade cuatridimensional e a gravidade como unha curvatura), e da física da fusión nuclear (o que permitiu descubrir a secuencia básica da produción de enerxía das estrelas ata o esgotamento do combustible estelar, as supernovas) permitiu desenvolver o marco teórico actual sobre a existencia de buratos negros. O termo burato negro para referirse a estes obxectos astrofísicos foi usado por primeira vez polo físico teórico norteamericano John Archivald Weller (1911-2008) no ano 1969.

Catro descubrimentos astronómicos viñeron a confirmar a existencia dos buratos negros:

Sistema binario estrela-burato negro Cygnus X1.

- O descubrimento do pulsar NP0532 no centro da nebulosa do Cangrexo (remanente da supernova de 1054) por Jocelyn Bell Burnell e Tony Hewish (a estrela ten 30 km de diámetro e xera un pulsar cada 33 milisegundos) e os traballos posteriores para explicar o que era un pulsar, o que deu lugar ao descubrimento de que a enerxía da rotación da estrela de neutróns é a fonte do período do pulsar (a emisión de chorros periódicos de radiación electromagnética na frecuencia das ondas de radio, na dos raios X e na dos raios gamma), o que serviu para comezar establecer a secuencia de eventos posteriores ás supernovas de estrelas masivas.

- O descubrimento de brotes de raios gamma (GRBs consonte o seu acrónimo en inglés). O descubrimento tivo lugar en 1967 polos satélites militares Vela dos Estados Unidos, que estaban adicados á detección de explosións nucleares terrestres que vulnerasen o tratado americano-soviético de prohibición parcial de ensaios nucleares de 1963. Os datos foron desclasificados nos anos 70, e non puideron ser correctamente interpretados ata a década de 1990, aínda hoxe se debate sobre o mecanismo concreto de emisión dos GRBs, entre posibles eventos en estrelas de neutróns, magnetares e buratos negros, e nos sistemas binarios destes obxectos estelares.

- O descubrimento de Cygnus X-1, considerada a primeira fonte de raios X xerada por un burato negro. A fonte foi descuberta por un foguete de investigación de raios X no ano 1964. Calculase que o burato negro e un obxecto compacto cunha masa equivalente a 11,8 veces a masa do sol, e o radio do seu horizonte de eventos é de só 44 quilómetros. O burato negro forma parte dun sistema estelar binario de raios X situado a 6070 anos luz do Sol. Os raios X xéranse ao caer materia ordinaria da estrela compañeira cara o burato negro sendo acelerada consonte se achega ao horizonte de sucesos, esta aceleración quenta a materia facendo que emita fotóns en frecuencias cada vez mais altas.

O^{[Ligazón morta]} quásar ·3C273 esta xerado por un burato negro supermasivo con unha masa equivalente a 5600 millóns de soles

-O descubrimento do quásar 3C 273 (o código significa: obxecto nº 273 en ascensión recta do Catálogo de Cambridge de Radio Fontes, publicado en 1959) na constelación de Virgo, que foi o primeiro quásar coñecido e a primeira radio fonte localizada fóra da nosa galaxia no ano 1970. En 2005 calculouse que está producido por un burato negro supermasivo cunha masa de 5,6 mil millóns de soles. A posición de 3C273 é (J2000) ascensión recta 12^h 29^m 6,7^s, declinación +2^d 3^m 8,6^s, e é visible na primavera en ámbolos dous hemisferios. É suficientemente brillante para ser localizable con telescopios de afeccionado grandes.

Hoxe en día, existen varias fontes confirmadas de buratos negros, incluídos varios buratos negros supermasivos en centros galácticos, tamén existen sistemas binarios estrela-burato negro, e sistemas binarios de buratos negros colapsantes coma os que deron lugar á detección de ondas gravitacionais polo observatorio LIGO de ondas gravitacionais.

No ano 2019 conseguiuse a primeira imaxe dun burato negro por parte do Telescopio de Horizonte de Eventos.

Caracterización

Un burato negro está limitado por un horizonte de sucesos do que nada pode fuxir, nin sequera a luz, coa excepción da radiación de Hawking, de aí que sexan "negros". A materia atrapada no campo gravitatorio dun burato negro usualmente forma un disco de acreción arredor do horizonte de sucesos, e a materia que disipa o seu momento angular no disco vai caendo no burato.

A ergosfera é unha superficie elipsoide que rodea ó horizonte de eventos, da que, en teoría, aínda se pode fuxir. Nela a materia encóntrase xirando ó redor a altísimas velocidades pretas ás da luz. O horizonte de eventos é a superficie que marca o límite dende o que xa non se pode fuxir. A singularidade é un punto ou zona de densidade e gravidade infinitas que se alcanza cun volume nulo e un raio cero. Estes infinitos e ceros o que realmente din é que a relatividade xeral non é axeitada para describilo, e probablemente precisa dunha teoría cuántica da gravidade.

Un burato negro pode ser caracterizado ao completo con tres cantidades: masa, carga eléctrica e momento angular. A masa e o momento angular determinan as propiedades do horizonte de sucesos do burato pero non nos di nada do seu interior, isto ten grandes implicacións, de xeito que un burato negro de un diámetro de 1 cm podería ter un radio ate o centro (ou singularidade) de millóns de quilómetros debido a distorsión que a singularidade central do burato exerce no tecido espazotemporal. Un burato negro sen carga e sen momento angular é un burato negro de Schwarzschild, namentres que un furado negro rotatorio (con momento angular maior que 0) denomínase burato negro de Kerr e só estes últimos son os que dispoñen de ergosfera (o principio de conservación do movemento angular nos di que a rotación é a mesma da estrela nai do burato). As solucións das ecuacións en ámbolos casos predín a existencia de buratos de verme, que, en teoría, poden ser portas no espazo-tempo que poderían comunicar dous puntos afastados do Universo ou do tempo, aínda que o seu propio 'inventor', Stephen Hawking, renegou recentemente desta idea.

Crese que no centro da maioría das galaxias (entre elas a Vía Láctea) hai buratos negros supermasivos, aínda que moitos deles están na actualidade inactivos.

Segundo Stephen Hawking, a pesar da imposibilidade física de fuxida dun furado negro, estes terminarán evaporándose pola chamada Radiación de Hawking.

Véxase tamén

Outros artigos

• Burato de verme
• Burato negro estelar
• Raio de Schwarzschild