Astronomía

Buscando ayuda para comprender cómo se pueden mover los agujeros negros

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Estoy buscando ayuda para comprender cómo los agujeros negros pueden moverse por el espacio. Esta es probablemente una pregunta trivial para cualquiera que sepa astronomía, pero probablemente debido a mi falta de educación sobre el tema, no puedo encontrar una respuesta o visualización por mi cuenta.

Específicamente, mi confusión es la siguiente:

  1. Vi al Dr. Kip Thorne en un documental sobre los agujeros negros afirmar que ya no hay materia en un agujero negro una vez que se forma. Dijo algo así como, la materia estaba allí, pero ha sido aplastada hasta desaparecer y básicamente se ha transformado en la energía que produce una curvatura tan grande del espacio-tiempo.

  2. A partir de esa descripción, me parece que dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro es simplemente esta enorme "abolladura" en el propio espacio-tiempo lo que se está moviendo.

  3. También vi al Dr. Andrew Hamilton en otro documental afirmar que dentro del horizonte de eventos de un agujero negro (nuevamente parafraseando), el espacio está cayendo hacia la singularidad tan rápido que efectivamente arrastra todo con él (incluida la luz).

  4. Basado en 1 (no queda materia en el agujero negro) y 2 (el espacio está siendo atraído hacia la singularidad gravitacional desde todas las direcciones), trato de imaginar el movimiento del agujero negro, y me parece que si, digamos, el agujero negro se mueve en una dirección, puedo ver cómo su horizonte de eventos también se está moviendo, trayendo ese poco de espacio a él. Pero, ¿cómo puede el otro extremo del agujero negro dejar que el espacio "escape" para completar el movimiento?

Estoy bastante seguro de que me estoy perdiendo algo aquí, porque, como he aprendido, se han encontrado agujeros negros en galaxias y sistemas solares y en muchos otros lugares donde tienen que moverse. Pero quiero entender por qué el espacio en sí puede cruzar el horizonte de eventos cuando otras cosas no pueden. Y en ese sentido, me parece sorprendente que un agujero negro pueda ser, en esencia, una especie de cicatriz en el espacio-tiempo que también puede atravesarlo.

Gracias por cualquier ayuda y perdón por la prolija pregunta.

ACTUALIZACIÓN: Gracias por las respuestas hasta ahora. Espero que algún día pueda comprenderlos completamente. :-)

Me gustaría agregar un contexto adicional que ilustra mejor mi pregunta.

Si vas al video aquí y miras el primer minuto más o menos (hasta alrededor de las 31:00)

http://youtu.be/Niurc_6xIYg?t=29m48s

puede ver a Andrew Hamilton explicando sobre qué tengo una pregunta junto con una animación para ilustrar la descripción.

Por un lado, tenemos el espacio-tiempo curvado de tal manera que la estructura del agujero negro permanece intacta, es decir, hay un horizonte de eventos constante generado por esa curvatura extrema. Pero, por otro lado, el Dr. Hamilton describe un flujo de espacio-tiempo entre el horizonte de eventos y el horizonte interior, y dice que es plausible que dentro de esa área, el espacio en sí (que no tiene sustancia, en sus palabras) pueda describirse como fluyendo hacia adentro y siendo arrojado hacia afuera.

No entiendo cómo el espacio puede tener estas dos propiedades opuestas: (1) una curvatura que se mantiene para que exista el agujero negro, es decir, una curvatura generada porque la materia puede interactuar con el espacio y (2) un flujo de espacio que parece que no está sujeto a una restricción de cruzar fuera del horizonte de eventos.

Es esa aparente diferencia entre (1) y (2) lo que quiero entender mejor.

¡Gracias!


  1. Vi al Dr. Kip Thorne en un documental sobre los agujeros negros afirmar que ya no hay materia en un agujero negro una vez que se forma. Dijo algo así como, la materia estaba allí, pero ha sido aplastada hasta desaparecer y básicamente se ha transformado en la energía que produce una curvatura tan grande del espacio-tiempo.

Los agujeros negros aislados son de hecho soluciones al vacío de la relatividad general. Así, en particular, la densidad de masa y energía es idénticamente cero en todas partes en el espacio-tiempo. Debido a algunos problemas técnicos, esto no implica que los agujeros negros no tienen energía ni masa; más bien, significa que no podemos pensar directamente en ellos como una integral de masa o densidad de energía. Vea también esta pregunta.

  1. También vi al Dr. Andrew Hamilton en otro documental afirmar que dentro del horizonte de eventos de un agujero negro (nuevamente parafraseando), el espacio está cayendo hacia la singularidad tan rápido que efectivamente arrastra todo con él (incluida la luz).

Para un agujero negro aislado en un campo de fotograma particular, esta es una imagen válida. Por ejemplo, el espacio-tiempo de Schwarzschild en las coordenadas de Gullstrand-Painlevé se puede interpretar como un espacio euclidiano que cae en el agujero negro. Sin embargo, el espacio-tiempo en sí mismo es estacionario (incluso estático) en el sentido geométrico: hay un campo similar al tiempo que representa una dirección en la que la geometría del espacio-tiempo se deja sin cambios (esto corresponde al tiempo de Schwarzschild, de hecho). De manera similar, los espaciotiempo de los agujeros negros giratorios son estacionarios.

Pero, en términos generales, realmente no se puede pensar en los agujeros negros como una especie de agujeros de succión para el espacio. Es solo una analogía que se aplica a situaciones simples (agujeros negros aislados, sin nada más en el espacio-tiempo) y luego solo en un marco o coordenadas en particular. Eso no quiere decir que sea inútil, por ejemplo, los horizontes acústicos en los fluidos son analogías interesantes con el horizonte de eventos, pero no lo tome demasiado literalmente. Vea también esta pregunta.

  1. Basado en 1 (no queda materia en el agujero negro) y 2 (el espacio está siendo atraído hacia la singularidad gravitacional desde todas las direcciones), trato de imaginar el movimiento del agujero negro, y me parece que si, digamos, el agujero negro se mueve en una dirección, puedo ver cómo su horizonte de eventos también se está moviendo, trayendo ese poco de espacio a él.

¿Entonces, cuál es el problema?

Pero, ¿cómo puede el otro extremo del agujero negro dejar que el espacio "escape" para completar el movimiento?

Para los agujeros negros realistas, no hay "otro extremo". Si realmente desea unir todo, entonces interprete el comentario del Dr. Thorne sobre las cosas que caen en la singularidad como aplastadas y desaparecidas y que también se aplican al espacio. No sale de ningún "otro extremo". Deja de existir.

Pero realmente, eso ha pasado del punto en el que la analogía fluida tiene sentido de todos modos. Creo que el Dr. Hamilton podría notar que el espacio-tiempo de Schwarzschild extendido al máximo es un agujero negro, por lo que uno puede pensar mientras "sale" del agujero blanco correspondiente, pero también le diría que este agujero blanco es un artefacto matemático que no tiene nada que ver con los agujeros negros astrofísicos reales.

Pero quiero entender por qué el espacio en sí puede cruzar el horizonte de eventos cuando otras cosas no pueden.

Por supuesto que pueden. En la analogía del fluido que cae, son arrastrados por el espacio que está siendo absorbido. Quizás esté pensando en el hecho de que se necesita un tiempo infinito de Schwarzschild para que un objeto alcance el horizonte de eventos. Pero eso no implica que las cosas no puedan cruzar el horizonte; más bien, es solo un síntoma de que el gráfico de coordenadas de Schwarzschild no cubre el horizonte.

Intuitivamente, piense en un gráfico de coordenadas como una "cuadrícula" dibujada en un parche del espacio-tiempo. Ese parche puede ser todo el espacio-tiempo, o puede ser solo una parte. En el caso de las coordenadas habituales de Schwarzschild, es solo una pieza ... una que simplemente no cubre el horizonte.


Con respecto a la última parte, me refería al espacio que cruza el horizonte de eventos al revés, fuera de la esfera que delimita el horizonte de eventos, mientras que los objetos materiales van en un sentido, hacia adentro pero no hacia afuera, el espacio-tiempo en sí mismo no parece tan restringido, al menos no en el sentido de "fijar" un agujero negro a una parte de sí mismo.

Bien, su pregunta editada proporciona algo más de contexto. Pero la respuesta es completamente la misma: de lo que el Dr. Hamilton está hablando en el video son las extensiones analíticas máximas de la solución del agujero negro giratorio, que contiene un pasaje a una región completamente diferente (a veces llamada 'universo' diferente). Esto es muy análogo al espacio-tiempo de Schwarzschild extendido al máximo, que contiene un agujero de gusano que sale de un agujero blanco en otra región del espacio-tiempo, excepto que la extensión del espacio-tiempo del agujero negro de Kerr giratorio contiene una cadena infinita de tales regiones conectadas.

No he visto el video completo, pero está claro que de eso están hablando cuando dicen "en una nave propulsada por matemáticas puras", porque la estructura causal de tales espaciotiempo es bien conocida. Una vez más, dirijo su atención a la página del propio Dr. Hamilton, enlazada arriba, que explica que esta imagen de cascada dual es un artefacto de idealización matemática y no algo que realmente sucede en la realidad.

Sin embargo, incluso si se toma demasiado en serio la extensión analítica máxima de tales espacios-tiempo de agujeros negros, es importante enfatizar que no regresa a la misma región, sino a una diferente conectada por un agujero de gusano dentro del horizonte. Si está a la altura, también recomiendo los diagramas conformes del Dr. Hamilton de dichos espaciotiempos de agujeros negros, que dejan bastante claro que lo que está sucediendo es una "cadena" completa de agujeros negros y agujeros blancos.


En su mayoría, pero no exclusivamente, las soluciones de tipo agujero negro (agrego el "-como" como un guiño a las dificultades para definir matemáticamente BH de una manera satisfactoriamente general) se estudian en los entornos idealizados de espaciotiempo asintóticamente planos. Un espacio-tiempo asintóticamente plano tiene la propiedad de ser como el espacio-tiempo plano de Minkowski en una noción de infinito correctamente elegida, y puede verse como idealizado si no por otra razón, ya que todos los modelos cosmológicos de la corriente principal se deciden no asintóticamente planos. Sin embargo, esta configuración sigue siendo una buena manera de hacer predicciones sobre agujeros negros reales, ya que podemos aproximarnos "muy lejano" para "en el infinito" y "casi plano" para "plano".

En el espacio-tiempo plano, si queremos cambiar nuestro punto de vista, podemos realizar un impulso de Lorentz en nuestras coordenadas que no cambiará la física del espacio-tiempo, pero cambiará la forma en que percibimos ciertas propiedades como las velocidades de los objetos, longitudes, tiempos entre eventos, etc. En el espacio-tiempo asintóticamente plano podemos realizar un impulso de Lorentz en nuestras coordenadas en el infinito para lograr un efecto similar sin cambiar la física del espacio-tiempo. Por ejemplo, podemos realizar un impulso de Lorentz en el infinito y extender las nuevas coordenadas impulsadas para crear nuevas coordenadas donde el agujero negro se mueve a través del espacio a una velocidad distinta de cero. En nuestras nuevas coordenadas, algunas propiedades cambiarán (por ejemplo, la forma del horizonte de eventos), mientras que otras propiedades permanecerán invariables.


Los astrónomos detectan un agujero negro en movimiento

Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que los agujeros negros supermasivos pueden vagar por el espacio, pero atraparlos en el acto ha resultado difícil.

Ahora, investigadores del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian han identificado el caso más claro hasta la fecha de un agujero negro supermasivo en movimiento. Sus resultados se publican hoy en el Diario astrofísico.

"No esperamos que la mayoría de los agujeros negros supermasivos se muevan, por lo general se contentan con sentarse", dice Dominic Pesce, astrónomo del Centro de Astrofísica que dirigió el estudio. "Son tan pesados ​​que es difícil ponerlos en marcha. Considere cuánto más difícil es patear una bola de boliche en movimiento que patear una pelota de fútbol, ​​teniendo en cuenta que en este caso, la 'bola de boliche' es varios millones de veces la masa de nuestro Sol. Eso requerirá una patada bastante poderosa ".

Pesce y sus colaboradores han estado trabajando para observar esta rara ocurrencia durante los últimos cinco años comparando las velocidades de los agujeros negros supermasivos y las galaxias.

"Preguntamos: ¿Son las velocidades de los agujeros negros las mismas que las velocidades de las galaxias en las que residen?" el explica. "Esperamos que tengan la misma velocidad. Si no es así, eso implica que el agujero negro ha sido perturbado".

Para su búsqueda, el equipo inicialmente examinó 10 galaxias distantes y los agujeros negros supermasivos en sus núcleos. Estudiaron específicamente los agujeros negros que contenían agua dentro de sus discos de acreción, las estructuras espirales que giran hacia el interior del agujero negro.

A medida que el agua orbita alrededor del agujero negro, produce un rayo de luz de radio similar a un láser conocido como maser. Cuando se estudian con una red combinada de antenas de radio utilizando una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga (VLBI), los masers pueden ayudar a medir la velocidad de un agujero negro con mucha precisión, dice Pesce.

La técnica ayudó al equipo a determinar que nueve de los 10 agujeros negros supermasivos estaban en reposo, pero uno se destacó y parecía estar en movimiento.

Ubicado a 230 millones de años luz de la Tierra, el agujero negro se encuentra en el centro de una galaxia llamada J0437 + 2456. Su masa es aproximadamente tres millones de veces la de nuestro Sol.

Usando observaciones de seguimiento con los observatorios de Arecibo y Gemini, el equipo ahora ha confirmado sus hallazgos iniciales. El agujero negro supermasivo se mueve a una velocidad de aproximadamente 110.000 millas por hora dentro de la galaxia J0437 + 2456.

Pero no se sabe qué está causando el movimiento. El equipo sospecha que hay dos posibilidades.

"Es posible que estemos observando las consecuencias de la fusión de dos agujeros negros supermasivos", dice Jim Condon, radioastrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía que participó en el estudio. "El resultado de tal fusión puede hacer que el agujero negro recién nacido retroceda, y podemos estar observándolo en el acto de retroceder o mientras se estabiliza de nuevo".

Pero hay otra posibilidad, quizás incluso más emocionante: el agujero negro puede ser parte de un sistema binario.

"A pesar de todas las expectativas de que realmente deberían estar allí en abundancia, los científicos han tenido dificultades para identificar ejemplos claros de agujeros negros supermasivos binarios", dice Pesce. "Lo que podríamos estar viendo en la galaxia J0437 + 2456 es uno de los agujeros negros en ese par, y el otro permanece oculto para nuestras observaciones de radio debido a su falta de emisión de máser".

Sin embargo, en última instancia, se necesitarán más observaciones para precisar la verdadera causa del inusual movimiento de este agujero negro supermasivo.

Los coautores del nuevo estudio son Anil Seth de la Universidad de Utah Jenny Greene de la Universidad de Princeton Jim Braatz, Jim Condon y Brian Kent del Observatorio Nacional de Radioastronomía y Davor Krajnovi? del Instituto Leibniz de Astrofísica en Potsdam, Alemania.

Acerca del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

El Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian es una colaboración entre Harvard y el Smithsonian diseñada para plantear, y en última instancia responder, las mayores preguntas sin resolver de la humanidad sobre la naturaleza del universo. El Centro de Astrofísica tiene su sede en Cambridge, MA, con instalaciones de investigación en los EE. UU. Y en todo el mundo.

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Buscando ayuda para comprender cómo se pueden mover los agujeros negros - Astronomía

Solo tengo una pregunta sobre los agujeros negros, por qué los estamos estudiando y cómo van a beneficiar a la humanidad de alguna manera. Mirando los asteroides, es posible que uno golpee la Tierra, así que deberíamos considerarlos, pero ¿por qué los agujeros negros?

Supongo que es cierto que es poco probable que haya algún evento en el futuro cercano que ponga en peligro la vida humana que involucre a los Agujeros Negros. Sin embargo, si ese fuera el criterio en el que basáramos lo que deberíamos estudiar, ¡no habría computadoras para que yo les diga esto! Hay muchas cosas que benefician a la humanidad y creo firmemente que una de ellas es la búsqueda del conocimiento. Creo que la mayoría de la gente estaría de acuerdo en que el arte por el arte beneficia a la humanidad, así que ¿por qué no la ciencia por el bien de la ciencia?

Los agujeros negros también pueden ser fundamentales para comprender adecuadamente la gravedad, lo cual es muy útil. De hecho, es necesario incluir correcciones desde la Relatividad General (que se ha entendido mucho mejor a través del estudio de los Agujeros Negros) a los Satélites de Posicionamiento Global para que sean precisos a más de unos pocos metros. En última instancia, esto puede ayudar a las personas ciegas a tener un mejor nivel de vida y creo que ya se ha utilizado para rescatar a personas perdidas.

Sobre el Autor

Maestros Karen

Karen fue una estudiante de posgrado en Cornell de 2000 a 2005. Continuó trabajando como investigadora en estudios de desplazamiento al rojo de galaxias en la Universidad de Harvard, y ahora está en la facultad de la Universidad de Portsmouth en su país de origen, el Reino Unido. Su investigación últimamente se ha centrado en utilizar la morfología de las galaxias para dar pistas sobre su formación y evolución. Ella es la científica del proyecto para el proyecto Galaxy Zoo.


Astrónomos encuentran triple agujero negro supermasivo

Utilizando datos de varios telescopios espaciales y terrestres, los astrónomos han descubierto un sistema de tres agujeros negros supermasivos dentro del SDSS J084905.51 + 111447.2, un trío de galaxias fusionadas ubicadas a unos mil millones de años luz de la Tierra. El descubrimiento se detalla en un artículo que se publicará en el Diario astrofísico.

Pfeifle et al proporcionan la evidencia más fuerte hasta ahora para un sistema de tres agujeros negros supermasivos. Crédito de la imagen: NASA / CXC / George Mason University / R. Pfeifle et al / SDSS / NASA / STScI.

"Solo buscábamos pares de agujeros negros en ese momento y, sin embargo, a través de nuestra técnica de selección, nos topamos con este sistema asombroso", dijo Ryan Pfeifle, astrónomo de la Universidad George Mason.

"Esta es la evidencia más sólida que se ha encontrado hasta ahora para un sistema triple de alimentación activa de agujeros negros supermasivos".

Para descubrir este trío raro, el Dr. Pfeifle y sus colegas analizaron imágenes de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y Matriz de Telescopios Espectroscópicos Nucleares (NuSTAR), imágenes infrarrojas del Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA y datos de luz óptica del Sloan Telescopio Digital Sky Survey (SDSS) y Large Binocular Telescope (LBT).

Los datos de Chandra revelaron fuentes de rayos X & # 8212 un signo revelador de material consumido por los agujeros negros & # 8212 en los centros brillantes de cada galaxia en la fusión SDSS J084905.51 + 111447.2, exactamente donde los científicos esperan un negro supermasivo. agujeros para residir.

Chandra y NuSTAR también encontraron evidencia de grandes cantidades de gas y polvo alrededor de uno de los agujeros negros, típico de un sistema de agujeros negros en fusión. Mientras tanto, los datos de SDSS y LBT mostraron firmas espectrales características del material consumido por los agujeros negros.

“Los espectros ópticos contienen una gran cantidad de información sobre una galaxia. Se utilizan comúnmente para identificar agujeros negros supermasivos de acumulación activa y pueden reflejar el impacto que tienen en las galaxias en las que habitan ”, dijo la Dra. Christina Manzano-King, astrónoma de la Universidad de California en Riverside.

“Mediante el uso de estos importantes observatorios, hemos identificado una nueva forma de identificar los agujeros negros supermasivos triples. Cada telescopio nos da una pista diferente sobre lo que sucede en estos sistemas. Esperamos ampliar nuestro trabajo para encontrar más triples utilizando la misma técnica ”, dijo el Dr. Pfeifle.

“Los agujeros negros dobles y triples son extremadamente raros, pero tales sistemas son en realidad una consecuencia natural de las fusiones de galaxias, que creemos que es la forma en que las galaxias crecen y evolucionan”, dijo el Dr. Shobita Satyapal, de la Universidad George Mason.

Tres agujeros negros supermasivos que se fusionan se comportan de manera diferente a solo un par. Cuando hay tres de estos agujeros negros interactuando, un par debería fusionarse en un agujero negro más grande mucho más rápido que si los dos estuvieran solos.

Esta puede ser una solución a un enigma teórico llamado el 'problema final de parsec', en el que dos agujeros negros supermasivos pueden acercarse a unos pocos años luz de distancia entre sí, pero necesitarían un empujón adicional hacia adentro para fusionarse debido al exceso de energía. que llevan en sus órbitas. La influencia de un tercer agujero negro finalmente podría unirlos.

“A distancias mucho mayores de la Tierra que SDSS J084905.51 + 111447.2, cuando el Universo era más joven y las interacciones de galaxias eran mucho más frecuentes, se puede esperar que las interacciones de galaxias triples fueran algo común”, dijo el Dr. Pfeifle.

"Por lo tanto, comprender los agujeros negros supermasivos triples en el Universo local puede ayudarnos a comprender la naturaleza de sus contrapartes más distantes".

Ryan W. Pfeifle et al. 2019. Un triple AGN en una fusión de galaxias de fase tardía seleccionada en infrarrojo medio. ApJ, en prensa arXiv: 1908.01732


Los astrónomos detectan un agujero negro en movimiento

Los astrónomos han detectado un agujero negro supermasivo en movimiento.

Cambridge, MA - Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que los agujeros negros supermasivos pueden vagar por el espacio, pero atraparlos en el acto ha resultado difícil.

Ahora, investigadores del Centro de Astrofísica | Harvard y el Smithsonian han identificado el caso más claro hasta la fecha de un agujero negro supermasivo en movimiento. Sus resultados se publican hoy en The Astrophysical Journal.

"No esperamos que la mayoría de los agujeros negros supermasivos se muevan, por lo general se contentan con sentarse", dice Dominic Pesce, astrónomo del Centro de Astrofísica que dirigió el estudio. "Son tan pesados ​​que es difícil ponerlos en marcha. Considere lo difícil que es patear una bola de boliche en movimiento que patear una pelota de fútbol, ​​teniendo en cuenta que en este caso, la 'bola de boliche' es varios millones de veces la masa de nuestro Sol. Eso requerirá una patada bastante poderosa ".

Pesce y sus colaboradores han estado trabajando para observar esta rara ocurrencia durante los últimos cinco años comparando las velocidades de los agujeros negros supermasivos y las galaxias.

"Preguntamos: ¿Son las velocidades de los agujeros negros las mismas que las velocidades de las galaxias en las que residen?" el explica. "Esperamos que tengan la misma velocidad. Si no es así, eso implica que el agujero negro ha sido perturbado".

Para su búsqueda, el equipo inicialmente examinó 10 galaxias distantes y los agujeros negros supermasivos en sus núcleos. Estudiaron específicamente los agujeros negros que contenían agua dentro de sus discos de acreción, las estructuras espirales que giran hacia el interior del agujero negro.

A medida que el agua orbita alrededor del agujero negro, produce un rayo de luz de radio similar a un láser conocido como maser. Cuando se estudian con una red combinada de antenas de radio utilizando una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga (VLBI), los masers pueden ayudar a medir la velocidad de un agujero negro con mucha precisión, dice Pesce.

La técnica ayudó al equipo a determinar que nueve de los 10 agujeros negros supermasivos estaban en reposo, pero uno se destacó y parecía estar en movimiento.

Ubicado a 230 millones de años luz de la Tierra, el agujero negro se encuentra en el centro de una galaxia llamada J0437 + 2456. Su masa es aproximadamente tres millones de veces la de nuestro Sol.

Usando observaciones de seguimiento con los observatorios de Arecibo y Gemini, el equipo ahora ha confirmado sus hallazgos iniciales. El agujero negro supermasivo se mueve a una velocidad de aproximadamente 110.000 millas por hora dentro de la galaxia J0437 + 2456.

Pero no se sabe qué está causando el movimiento. El equipo sospecha que hay dos posibilidades.

"Es posible que estemos observando las consecuencias de la fusión de dos agujeros negros supermasivos", dice Jim Condon, radioastrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía que participó en el estudio. "El resultado de tal fusión puede hacer que el agujero negro recién nacido retroceda, y podemos estar observándolo en el acto de retroceder o mientras se estabiliza de nuevo".

Pero hay otra posibilidad, quizás incluso más emocionante: el agujero negro puede ser parte de un sistema binario.

"A pesar de todas las expectativas de que realmente deberían estar allí en abundancia, los científicos han tenido dificultades para identificar ejemplos claros de agujeros negros supermasivos binarios", dice Pesce. "Lo que podríamos estar viendo en la galaxia J0437 + 2456 es uno de los agujeros negros en ese par, y el otro permanece oculto para nuestras observaciones de radio debido a su falta de emisión de máser".

Sin embargo, en última instancia, se necesitarán más observaciones para precisar la verdadera causa del inusual movimiento de este agujero negro supermasivo.

Los coautores del nuevo estudio son Anil Seth de la Universidad de Utah Jenny Greene de la Universidad de Princeton Jim Braatz, Jim Condon y Brian Kent del Observatorio Nacional de Radioastronomía y Davor Krajnović del Instituto Leibniz de Astrofísica en Potsdam, Alemania.

Acerca del Centro de Astrofísica | Harvard y el Smithsonian


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He leído mucho sobre los agujeros negros y he adquirido conocimientos sobre el tema. Mi pregunta: ¿existen cosas como los agujeros blancos? Y si es así, ¿qué hacen?

Antes de responder a esta pregunta, me gustaría señalarle la discusión de Kate Becker sobre por qué es tan difícil entender la expansión del universo. Aquí se aplica exactamente el mismo argumento. Los agujeros blancos no son algo que se pueda comprender utilizando la intuición física. Aparecen agujeros blancos en la relatividad general (que también explica la expansión del universo) y esa teoría en su conjunto no es fácil de entender físicamente. La única forma en que la mayoría de la gente puede entender la relatividad general es a través de las matemáticas, que, como dijo Kate, no es la forma en que la mayoría de la gente está acostumbrada a entender las cosas.

Con suerte, eso le dará una idea de por qué es tan difícil explicar algunos de estos conceptos sin recurrir a las matemáticas. Esto no significa que no debamos intentarlo, pero sí significa que es posible que no tengamos éxito en el primer intento. Mucha gente inteligente se esfuerza mucho para transmitir ideas de la Relatividad General sin usar las Matemáticas en las que se basa la teoría, pero eso es algo muy difícil de hacer. Probablemente requiera un nivel de comprensión de la teoría que absolutamente NO afirmaría tener.

La respuesta corta es que un agujero blanco es algo que probablemente no puede existir en el universo real. Aparecerá un agujero blanco en sus matemáticas si explora el espacio-tiempo alrededor de un agujero negro sin incluir la estrella que hizo el agujero negro (es decir, no hay absolutamente ninguna materia en la solución). Una vez que agrega cualquier materia al espacio-tiempo, la parte que incluía un agujero blanco desaparece.

¿Cómo se puede tener un agujero negro sin masa?

  1. Matemáticamente, este es en realidad el tipo de agujero negro más simple. Una vez que se configura la singularidad, se mantendrá unida, por lo que la parte difícil es configurar la singularidad.
  2. La única forma de establecer la singularidad en el universo real es comenzar con que esté allí. De alguna manera, el universo tiene que formarse con singularidades ya hechas.

¿Por qué no pueden existir los agujeros blancos en la naturaleza?

  1. No hay razón para sugerir que el universo comenzó con singularidades ya hechas. De hecho, sería bastante extraño que lo hiciera.
  2. Una vez que incluso la mota más pequeña de polvo entra en la parte del espacio-tiempo que incluye el agujero negro, la parte que incluye el agujero blanco desaparece. El universo ha existido durante mucho tiempo y, por lo tanto, incluso si comenzara con agujeros blancos, todos habrían desaparecido ahora.

¿Por qué molestarse con la solución si no es realista?

  1. Es más fácil que las soluciones realistas. (!)
  2. Parte de la solución está cerca de ser realista. Esta parte no incluye el agujero blanco y describe el espacio-tiempo fuera de un agujero negro normal.

¿Cómo se vería un agujero blanco si existiera?

La persona / personas a las que se les ocurrió el término 'agujero blanco' en realidad estaba siendo bastante literal. Un agujero blanco es muy parecido a un "anti-agujero negro". Un agujero negro es un lugar donde se puede perder materia del universo. Un agujero blanco es un lugar donde (si pudiera existir con cualquier materia en él, lo cual no puede) la materia saldría al universo. Esto tiene muchas similitudes con la singularidad del Big Bang (aunque no es exactamente lo mismo, ya que no había nada antes del Big Bang).

Intentar Explorando agujeros negros por Taylor y Wheeler por un buen libro de texto de nivel universitario sobre agujeros negros y relatividad. también me gusta Agujeros negros y deformaciones en el tiempo de Kip Thorne, que tiene una bonita historia del tema.

Nota: Este es mi segundo intento de explicación. En aras de la apertura, dejo aquí también el primer intento:

"En la solución relativista general completa y más simple para un espacio-tiempo que tiene un agujero negro (en el vacío), hay dos singularidades. Una está en lo que llamamos el 'cono de luz del futuro' y este es el negro Agujero. El otro está en el 'cono de luz del pasado' y se llama Agujero Blanco. Sin embargo, esta solución es completamente poco física en muchos sentidos y en un Agujero Negro real (formado por el colapso de una estrella, por ejemplo) no podemos usar el solución de vacío ya que hay materia presente, y la singularidad del Agujero Blanco desaparece.

"Así que la respuesta a su pregunta es que sólo existe un agujero blanco en la teoría de los agujeros negros y no es posible físicamente".

Esta página se actualizó por última vez el 27 de junio de 2015.

Sobre el Autor

Maestros Karen

Karen fue una estudiante de posgrado en Cornell de 2000 a 2005. Continuó trabajando como investigadora en estudios de desplazamiento al rojo de galaxias en la Universidad de Harvard, y ahora está en la facultad de la Universidad de Portsmouth en su país de origen, el Reino Unido. Su investigación últimamente se ha centrado en utilizar la morfología de las galaxias para dar pistas sobre su formación y evolución. Ella es la científica del proyecto para el proyecto Galaxy Zoo.


Los científicos pueden haber encontrado un agujero negro especial que podría cambiar nuestra comprensión del universo

Los científicos pueden haber encontrado un agujero negro que podría cambiar nuestra comprensión del universo.

Durante décadas, los investigadores han estado buscando un ejemplo de un agujero negro "ricitos de oro", uno que se encuentre entre los de baja masa que se encuentran en todo el universo y los ejemplos supermasivos que están en el centro de mucha discusión sobre los agujeros negros.

La teoría sugiere que hay muchos de estos agujeros negros alrededor, formados cuando los agujeros negros de menor masa se convierten en supermasivos. Si supiéramos cuántos de ellos hay, ayudaría a proporcionar mejor información sobre cómo se forman y evolucionan los agujeros negros con el tiempo.

Pero en realidad, encontrar uno ha sido difícil, ya que son demasiado grandes para algunas formas de detectar agujeros negros y demasiado pequeños para las demás. Ha habido poca evidencia observacional real de que existan, y la evidencia que existe no ha sido definitiva.

Eso es a pesar del trabajo teórico que sugiere que hay un gran número de esos agujeros negros en todo el universo. Probablemente hay unos 46.000 de ellos en las cercanías de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, estiman los investigadores.

Ahora los investigadores han dicho en un nuevo artículo publicado en Astronomía de la naturaleza que han encontrado evidencia de exactamente uno de esos agujeros negros, con información sobre su existencia que nos llega desde el cosmos temprano.

La evidencia del agujero negro llegó a la Tierra en forma de luz, distorsionada por una explosión que ocurrió cuando el universo estaba apenas en sus inicios. Los científicos analizaron la información de miles de explosiones causadas cuando las estrellas colapsan o se fusionan, con la esperanza de utilizar una para observar el universo temprano.

Lo hacen mediante un proceso llamado lente gravitacional, que utiliza objetos en el cosmos como instrumentos de observación. La lente gravitacional ocurre cuando un objeto de este tipo toma esas explosiones y las distorsiona como una lente, creando múltiples imágenes que se pueden ver en diferentes momentos.

Luego, los investigadores pueden usar ese retraso de tiempo para ver objetos que de otro modo nunca serían detectados.

Una de esas explosiones parece haber estado sujeta a lentes gravitacionales, encontraron los investigadores, por un objeto que tenía una masa varias decenas de miles más que nuestro propio Sol. Eso sugiere que es probable que la lente haya sido causada por uno de los agujeros negros de masa intermedia que los investigadores han estado buscando durante años, dicen.

"Este agujero negro recién descubierto podría ser una reliquia antigua, un agujero negro primordial, creado en el Universo temprano antes de que se formaran las primeras estrellas y galaxias", dijo el coautor del estudio Eric Thrane de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Monash y Investigador jefe del Centro de excelencia ARC para el descubrimiento de ondas gravitacionales (OzGrav).

"Estos primeros agujeros negros pueden ser las semillas de los agujeros negros supermasivos que viven hoy en los corazones de las galaxias".

Further research is required to try and find how many of these elusive black holes exist, and what they could tell us about the evolution of other kinds of black holes, the researchers said.

“Using this new black hole candidate, we can estimate the total number of these objects in the Universe,” said Rachel Webster from the University of Melbourne, a co-author on the paper. “We predicted that this might be possible 30 years ago, and it is exciting to have discovered a strong example.”

It could also explain the mysterious growth of supermassive black holes like the one that sits at the centre of our galaxy.

“While we know that these supermassive black holes lurk in the cores of most, if not all galaxies, we don’t understand how these behemoths are able to grow so large within the age of the Universe,” said Lead author and University of Melbourne PhD student, James Paynter, in a statement.


Agujeros negros

At the center of most galaxies is one of the strangest and deadliest things in the universe: a black hole.

Most black holes, regardless of their size, are born when a giant star runs out of energy. The star implodes, and its center collapses under its own weight. This causes an explosion called a supernova. The giant star is eventually squashed into a supersmall dot you can’t see.

A black hole’s gravity, or attractive force, is so strong that it pulls in anything that gets too close. It can even swallow entire stars. Nothing can move fast enough to escape a black hole’s gravity. This includes light, the fastest thing in the universe. That’s why we can’t see black holes in space—they've gobbled up all the light. Though astronomers can’t ver black holes, they know they’re there by the effect they have on objects that get too close.

Two types of black holes exist. Supermassive black holes are the largest type of black hole. They’re up to one million times more massive than our sun. This is the kind of black hole that’s at the center of our galaxy, the Milky Way it’s called Sagittarius A*. (A* is scientist-code for “A-star.”) The most common type of black holes, stellar black holes, are only up to 20 times more massive than our sun.

The intense gravity near a black hole makes time behave in strange ways. If an astronaut left his spacecraft to explore a black hole up close, he’d see the hands on his watch ticking at normal speed. But if anyone back on the spacecraft could observe the astronaut’s watch from far away, they’d see its hands slow down as the spacewalker got closer to the black hole. When the spacewalker returned to the spaceship after an hour-long spacewalk, years would have passed for those aboard the spacecraft.

Someday humans might be able to use black holes to time travel forward. An astronaut could take a short trip near a black hole and return to Earth after years, decades, or even centuries had passed there. A black hole time machine could allow an astronaut to find out what the world will be like in the future. But going back in time? That’s a different challenge altogether!

DID YOU KNOW?

• Thousands of potential black holes have been discovered, but NASA thinks there could be more than a billion of them in space.

• Black holes don't live forever. They slowly evaporate over time, returning their energy to the universe.

• In 2015 two black holes crashed into each other more than a billion light-years from Earth. (A light-year is the distance light travels in one year.) They weren’t destroyed though—they just merged to create a bigger black hole.


A Black Hole’s Boomerangs

Astronomers dissect the energy flow in a distant galaxy.

Astronomers have deciphered the dynamics of yet another great trick that monster black holes can play.

In many galaxies, jets of energy are squeezed outward by the black hole that lurks at the center, and go shooting off in opposite directions into space.

But in a few bizarre-looking galaxies, the jets take the form of four beams in the shape of an X. Now, radio astronomy observations have shown how that happens.

Astronomers have no trouble understanding how black holes — objects so dense that not even light can escape the tombstone grip of their gravity — can become the most luminous objects in the universe, powering quasars. The pressure in the fat, fiery swirl of doom that surrounds a black hole expels high-energy particles from the top and bottom of the doughnut.

But a galaxy known as PKS 2014-55 is different. This old, elliptical galaxy is about 800 million light-years from Earth in the constellation Telescopium, and its jets are shaped like two boomerangs placed back to back to form an X.

¿Por qué? Perhaps, some astronomers thought, the central black hole was wobbling, like a lawn sprinkler throwing jets in different directions. Or maybe a pair of supermassive black holes were colliding.

But observations by an international group of astronomers with a powerful new South African radio telescope, MeerKAT, have provided an alternate explanation.

The dynamics of the jets, it seems, more closely resemble those in an elaborate Las Vegas fountain, with water going up and down and flowing in designer configurations. In this case, superhot gas is being pumped up 2.5 million light years into intergalactic space. It then cascades back and splashes sideways off the center of the galaxy, sculpting an X in the cosmos, as if marking a treasure.

“Material falls back and gets reflected around the center,” said Fernando Camilo, chief scientist of the South African Radio Astronomy Observatory, which built MeerKAT.

The team, led by William Cotton, an astronomer with the National Radio Astronomy Observatory in the United States, reported its results last week in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Key to the results was the new MeerKAT radio telescope, an array of 64 antennas located in the Karoo desert in South Africa. Computers can combine the data from the individual dishes to create radio images with exquisite detail. MeerKAT was designed and built as a precursor to one of the great dream projects of astronomy, the Square Kilometer Array, a giant assembly of hundreds of radio dishes with a total collecting area of a square kilometer. Half of it is being built in South Africa and half in Australia.

“MeerKAT is one of a new generation of instruments whose power solves old puzzles even as it finds new ones,” Dr. Cotton said in a statement issued by the South African Radio Astronomy Observatory.

In their paper, the scientists described in detail how the fireworks in PKS 2014-55 work.

First, energetic material is launched outward in two opposite directions by the central black hole. But intergalactic space is not empty it is filled with a thin hot gas. As the jet encounters this gas, it slows and eventually stops. Material from the stalled jet then begins to fall back down into the galaxy from which it came, accumulating around the edges of the main jets like mist tumbling down the outside of a fire hose.

Eventually, the return flow hits the galaxy itself, and the cloud of hot gas that typically inhabits the centers of old galaxies. The pressure of this gas deflects the flow of the returning streams, the way a pebble in a stream redirects the current.

Which way the flow goes from there, Dr. Camilo said, depends on how the ellipse of hot gas is oriented relative to the two returning hydrodynamic flows. In this case, the streams are again steered in opposite directions, creating the two boomerang-shape features.

“It’s all quite neat,” Dr. Camilo said.


Looking for help in understanding how black holes can move - Astronomy

There is a lot of information and formulas included in astronomy, but how does it apply to the lives of people living on Earth? How does this information help us in today's world?

There are a few technological developments which have come about because of astronomy (or, in many cases, because of the space exploration program, which is separate from the work that most astronomers do) and then turned out to be useful in other areas. Astronomical research itself rarely has a direct impact on people's lives, but in the pursuit of their research, astronomers often have to invent new instruments and techniques that produce spinoff technologies with broader applications. Some examples of these technologies include low-noise radio receivers (used in cell phones and many other applications) and parallel computing. Also, GPS would be inaccurate without relativity.

Nonetheless, I would agree that astronomy does not have many practical benefits to people's lives. The reason we do astronomy, I think, is that people are interested in learning about it - humans want to know how the universe came into being, what our place in it is, and what other objects exist within it. Basically, we are curious, and astronomy enriches our lives that way. I would argue that astronomy is certainly not the only sphere of human activity that falls in this category - I mean, you might as well ask how art benefits people, or religion, or music.

Note added March 2004: As a reader of this page has pointed out, astronomy has historically had plenty of practical uses! In ancient times, knowledge of the constellations and the motion of the stars and Sun in the sky was invaluable for the development of navigation. In fact, it is still used today - a precise knowledge of the positions of stars helps satellites orient themselves in space. However, the vast majority of work that astronomers do today does not involve measuring the positions of stars. The work that most astronomers do is more properly referred to as astrophysics, the study of physical conditions in faraway locations in the universe. I would maintain that this research does not have much direct, practical benefit to people's lives.

Note added June 2015: There is more information on the practical benefits of space exploration on NASA's site that discusses Benefits to You.

Note added March 2016: Here are two related discussions from our Reddit AMA events:

This answer was last updated on January 28, 2019.

Sobre el Autor

Dave Rothstein

Dave es un ex estudiante de posgrado e investigador postdoctoral en Cornell que utilizó observaciones de rayos X e infrarrojos y modelos informáticos teóricos para estudiar la acumulación de agujeros negros en nuestra galaxia. También hizo la mayor parte del desarrollo de la versión anterior del sitio.