Astronomía

A medida que la materia se acerca a un agujero negro, ¿se acelera?

A medida que la materia se acerca a un agujero negro, ¿se acelera?


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Si es así, ¿cómo sabemos que se acelera? ¿No se ralentiza el tiempo a medida que aumenta la gravedad? Si el tiempo se ralentiza alrededor de un agujero negro, ¿es posible que la materia no se acelere en realidad?


La respuesta no es ni sí ni no, o posiblemente ambos.

Tomemos un ejemplo sencillo. Si algo cae libremente hacia un agujero negro a lo largo de una trayectoria radial y es observado por alguien que está lejos del agujero negro, su velocidad (según el observador distante) viene dada por $$ v = - left (1 - frac {r_s} {r} right) left ( frac {r_s} {r} right) ^ {1/2} c ,, $$ (por ejemplo, consulte el capítulo 6 de Exploring Black Holes de Taylor, Wheeler & Bertschinger, disponible gratuitamente) donde $ r_s $ es el radio de Schwarzschild y el signo negativo solo indica una velocidad hacia adentro con $ r $ decreciente.

Si traza esta función (consulte la Figura 2 en el Capítulo 6 de Taylor et al., Disponible gratuitamente), verá que inicialmente la magnitud de la velocidad aumenta a medida que $ r $ disminuye, pero a medida que $ r rightarrow r_s $ luego $ v flecha derecha 0 $ y el objeto que cae parece detenerse (en realidad, debido a que la luz del objeto se desplaza gravitacionalmente al rojo, esto puede no ser observado). Sin embargo, si la velocidad aumenta primero y luego se ralentiza hasta detenerse, ¡debe pasar al máximo!

El maximo observado La velocidad en este escenario se logra a $ r = 3r_s $ y es $ 0.384c $.

Por supuesto, esta historia es diferente para diferentes observadores. Si eres el objeto que cae, entonces tu velocidad sigue aumentando a través del horizonte de eventos y hacia la singularidad. Por otro lado, un observador que de alguna manera pudiera flotar justo por encima del horizonte de eventos mediría la velocidad del objeto que cae justo debajo $ c $ a medida que pasaba.


La dilatación del tiempo solo es relevante desde la perspectiva de alguien alejado del agujero negro. Cerca del agujero negro, el tiempo sigue avanzando a lo que parecería ser un ritmo normal para alguien que está cerca del agujero negro. La película Interestelar Tenía una gran descripción de este fenómeno, con los astronautas Copper y Brand en el planeta Miller, cerca del agujero negro, pasando solo unas pocas horas, pero el astronauta Romilly envejeciendo décadas mientras permanecía lejos del planeta. Copper y Brand no experimentaron ningún cambio en el paso del tiempo, desde su perspectiva.

La materia que cae en un agujero negro no experimentaría ningún cambio en su perspectiva del tiempo, por lo que no parecería cambiar de velocidad, aparte de lo que se esperaría por la atracción gravitacional.


Los astrónomos observan a través de la niebla la Vía Láctea y el agujero negro supermasivo n. ° 8217 y el n. ° 8211 "¿Está emitiendo un chorro en ángulo hacia la Tierra?"

En 2019, los astrónomos levantaron el velo del monstruoso agujero negro llamado Sagitario A * (Sgr A *) en el corazón de nuestra Vía Láctea. Utilizando modelos informáticos, los científicos simularon el material dentro de la espesa nube de plasma, polvo y gas que rodea a Sgr A *. Los resultados apuntaron a la posibilidad de un chorro relativista proveniente del agujero negro supermasivo con una inclinación alineada con el punto de vista de la Tierra.

Un equipo internacional de astrónomos utilizó recientemente una técnica interferométrica que combina muchos telescopios para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra para trazar un mapa de las propiedades exactas de Sgr A *. Usando telescopios, incluido el Atacama Large Milimeter / submilimeter Array (ALMA) en el norte de Chile, se produjo una imagen con una resolución que nos permitió mirar a través de la niebla que rodeaba el agujero negro supermasivo.

Arriba a la izquierda: simulación de Sgr A * a 86 GHz. Arriba a la derecha: simulación con efectos añadidos de dispersión. Abajo a la derecha: imagen dispersa de las observaciones, así es como vemos Sgr A * en el cielo. Abajo a la izquierda: la imagen no dispersa, después de eliminar los efectos de dispersión en nuestra línea de visión, así es como se ve realmente Sgr A *. Crédito: S. Issaoun, M. Mościbrodzka, Universidad Radboud / M. D. Johnson, CfA

Para su sorpresa, descubrieron que la emisión de Sgr A * s proviene de un área extremadamente estrecha del cielo & # 8212 solo una 300 millonésima de grado. La emisión también parecía tener una forma simétrica. Y, dado que los agujeros negros no emiten radiación detectable por sí mismos, lo más probable es que la fuente sea una de dos cosas.

Sgr A * & # 8211 ¿Un disco de gas que cae o un chorro?

& # 8220Esto puede indicar que la emisión de radio se produce en un disco de gas que cae en lugar de un chorro de radio, & # 8221, dijo la astrofísica Sara Issaoun de la Universidad de Radboud en los Países Bajos y miembro de la colaboración EHT. & # 8220Sin embargo, eso haría de Sgr A * una excepción en comparación con otros agujeros negros emisores de radio. La alternativa podría ser que el radio jet apunte casi a nosotros. & # 8221

Desde las observaciones de 2019, escribió Sera Markoff, astrofísica estadounidense y profesora de astrofísica teórica de alta energía en la Universidad de Ámsterdam en un correo electrónico a The Daily Galaxy, “Sgr A * no tiene, hasta donde sabemos, chorros relativistas en el momento, o al menos nada parecido a los que vemos en nuestra otra galaxia fuente M87 del Event Horizon Telescope (EHT). ¡Sería imposible ocultarlos! Puede tener chorros débiles apuntando hacia la Tierra, pero el punto es que no importaría ya que son tan débiles que ni siquiera parecen poder salir del centro galáctico. & # 8221

El Jet M87 & # 8211100,000 años luz de largo en longitudes de onda de radio

En comparación con la existencia ambigua del chorro Sgr A *, el chorro M87 (mostrado arriba), dispara 5.000 años luz en longitudes de onda ópticas (100.000 años luz en longitudes de onda de radio), viajando cerca del límite de velocidad cósmica. Utilizando las observaciones de Chandra, los investigadores han visto que secciones del chorro se mueven casi a la velocidad de la luz. Cuando la materia se acerca lo suficiente a un agujero negro, entra en un patrón de remolino llamado disco de acreción. Parte del material de la parte interna del disco de acreción cae sobre el agujero negro y parte de él se redirige lejos del agujero negro en forma de haces estrechos, o chorros, de material a lo largo de las líneas del campo magnético. Debido a que este proceso de caída es irregular, los chorros están hechos de grupos o nudos que a veces pueden identificarse con Chandra y otros telescopios.

EHT observó M87 durante seis días en abril de 2017, dando una instantánea del agujero negro. Las observaciones de Chandra investigan el material expulsado dentro del chorro que se lanzó desde el agujero negro cientos y miles de años antes. & # 8220Es & # 8217s como el EHT está dando una vista de primer plano de un lanzacohetes, & # 8221 dijo el CfA & # 8217s Paul Nulsen, & # 8220 y Chandra nos está mostrando los cohetes en vuelo & # 8221.

Debate sobre la existencia de Sgr A * Jets

“Teóricamente hablando”, agregó Markoff, “Sgr A * tiene todas las condiciones para lanzar chorros débiles, por lo que muchos de nosotros sospechamos que están presentes, simplemente difíciles de detectar porque el centro galáctico es una región muy complicada con muchas características confusas que podrían ocultar los chorros débiles ".

“Dado que no podemos probar la existencia de chorros, ha habido controversia durante años”, escribió Markoff a The Daily Galaxy, “El espectro de radio se parece mucho al de otros agujeros negros supermasivos que se están acumulando débilmente como los de las galaxias cercanas, como el chorro débil en M81, que es casi un gemelo de nuestro centro galáctico pero un poco más de potencia. Además, el patrón de variabilidad se mueve de alta a baja frecuencia, que es lo opuesto a lo que cabría esperar para el gas que cae, porque la luz de alta frecuencia proviene de regiones más compactas. Por lo tanto, las cosas que se mueven hacia afuera desde regiones compactas cercanas al agujero negro, como en un chorro, mostrarían "ondas" de variabilidad de alta a baja frecuencia, y lo vemos.

EHT y Radio VLBI ayudarán a continuar levantando el velo

“Creo que EHT y la radio VLBI en general nos ayudarán a resolver esto”, concluye Markoff, “pero no apostaría a que nuestra única época de observaciones de 2017 será suficiente. Lo más probable es que necesitemos varios años de observaciones para tener suficiente certeza, así como "películas" confiables de lo que sucede en la fuente. No solo para resolver la cuestión de si hay un chorro, sino en qué dirección apunta, y ¿esa dirección se alinea con el giro del agujero negro (¡no tiene que hacerlo!) "

Markoff es miembro del equipo del Event Horizon Telescope que produjo la primera imagen del enorme agujero negro ahora icónico en el centro de M87 descrito por científicos el 10 de abril de 2019 en la conferencia de prensa en Bruselas, donde la fotografía fue revelada como la "Puertas del infierno" y el "fin del espacio-tiempo". Una imagen descrita como "insondables creaciones oscuras del Universo", igual a la famosa foto de "Salida de la Tierra" tomada por el astronauta del Apolo 8 Bill Anders en diciembre de 1968.

& # 8220 Si bien es posible que Sgr A * conduzca un jet relativista & # 8221, dice Daryl Haggard, profesor asociado de Física en la Universidad McGill en el Instituto Espacial McGill a The Daily Galaxy, & # 8220, pero si está allí, no es ni de lejos tan poderoso como el que hemos fotografiado maravillosamente en M87. Esto no significa necesariamente que Sgr A * sea una excepción, & # 8221 Haggard agrega, & # 8220, no todos los agujeros negros supermasivos impulsan chorros de gran alcance, pero es un poco complicado; en teoría, pensamos que debería haber un chorro allí, pero todavía no he detectado ninguno de manera convincente. Definitivamente, es el caso de que una parte sustancial de la emisión de radio y sub-mm de Sgr A * proviene del plasma caliente que gira alrededor del agujero negro. Sin embargo, estad atentos, observar a Sgr A * nunca se vuelve aburrido y pronto tendremos más datos valiosos para compartir. & # 8221

Haggard lidera estudios en el dominio del tiempo de múltiples longitudes de onda de los agujeros negros supermasivos en crecimiento, incluidos Sagitario A * y M87. Fue miembro de la colaboración Event Horizon Telescope en el informe de la primera imagen directa de la sombra del agujero negro M87 en 2019 y el equipo de EHT recibió el Premio Breakthrough 2020 en Física Fundamental.

"Una puerta de un solo sentido para salir de nuestro universo", & # 8211Cómo los científicos describieron la imagen de 2019

Le dimos a la humanidad su primera vista de un agujero negro: "una puerta de un solo sentido fuera de nuestro universo", dijo el director del proyecto EHT, Sheperd S. Doeleman, del Centro de Astrofísica, de la imagen del enorme agujero negro en el centro de la elíptica. galaxia M87. "Este es un hito en astronomía, una hazaña científica sin precedentes lograda por un equipo de más de 200 investigadores".

El agujero negro M87 es realmente un monstruo, observó Ellie Mae O’Hagan para The Guardian. “Todo lo que es lo suficientemente desafortunado como para acercarse demasiado a él cae y nunca vuelve a emerger, incluida la luz misma. Es el punto en el que colapsa toda ley física del universo conocido. Quizás sea lo más parecido al infierno: es un abismo, un momento de olvido ”.

La astrofísica Janna Levin, autora de "Black Hole Blues" con la Universidad de Columbia, señaló para The Guardian que en realidad estamos viendo el agujero negro como era hace 55 millones de años, porque está tan lejos que la luz tarda tanto en llegar hasta nosotros. “Durante esos eones, emergimos en la Tierra junto con nuestros mitos, culturas diferenciadas, ideologías, idiomas y creencias variadas”, dice ella. "Al mirar M87, recuerdo que los descubrimientos científicos trascienden esas diferencias".

El Daily Galaxy, Jackie Faherty, astrofísico, científico principal de AMNH a través de la Universidad Radboud y Sera Markoff, Universidad de Amsterdam y Daryl Haggard, Universidad McGill. Jackie fue anteriormente miembro del Hubble Fellow de la NASA en la Carnegie Institution for Science.

Imagen en la parte superior de la página: Licencia de Shutterstock

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¿Se está destruyendo la materia para siempre en los agujeros negros?

¿Se está destruyendo la materia para siempre en los agujeros negros? Si es así, ¡esto significaría que el universo está perdiendo materia constantemente y en unos pocos miles de millones de años desaparecerá por completo!

Me doy cuenta de que algunos astrónomos sienten que la materia está siendo absorbida por otro universo, pero realmente no hay pruebas de eso, todavía.

¿Podríamos tener una discusión (humana) sobre esto?

# 2 caída de estrellas

Creo que, dado que se puede sentir su gravedad, la materia todavía está en este universo.

# 3 shawnhar

¿No es cierto que desde nuestro punto de referencia, nada entra en un agujero negro? ¿Dado que el tiempo se ralentiza y se detiene por completo en el horizonte de eventos?

# 4 GJJim

Los agujeros negros todavía están en el universo. La acumulación de materia se suma a la gravedad y la entropía de un agujero negro, no ha ido a ninguna parte.

Editado por GJJim, 31 de octubre de 2014-14: 42 PM.

# 5 Rick Woods

Tengo entendido que la materia no se puede destruir, solo convertir en energía.

# 6 maugi88

Creo que es cierto que la materia simplemente se traga y se convierte en parte del agujero negro. Entonces todavía está ahí, pero ¿la información todavía está ahí? ¿El "qué" era ese asunto?

# 7 GJJim

Creo que es cierto que la materia simplemente se traga y se convierte en parte del agujero negro. Entonces todavía está ahí, pero ¿la información todavía está ahí? ¿El "qué" era ese asunto?

Una de las peleas alimentarias en curso entre los cosmólogos es la relación entre la gravedad y la entropía. El trabajo fundamental de Claude Shannon mostró la equivalencia de información y entropía. Si la entropía de la información (codificada en materia) se convierte en entropía gravitacional en un agujero negro, entonces todo es perfecto.

# 8 shawnhar

¿Por qué sigo colgado de la cuestión de "nada cae en un agujero negro"? Desde el exterior, no se pierde información, por lo que no hay problemas de entropía.

# 9 GJJim

¿Por qué sigo colgado de la cuestión de "nada cae en un agujero negro"? Desde el exterior, no se pierde información, por lo que no hay problemas de entropía.

¿Es eso incorrecto?

https://www.youtube. h? v = OGn_w-3pjMc

La dilatación del tiempo en la que estás pensando es desde el punto de referencia del objeto que cae en el agujero negro. Los observadores externos verían que el objeto se aceleraba y se desvanecía en el agujero negro.

# 10 shawnhar

Eso es lo contrario de lo que Krause y Kaku dicen en el video. Dijeron que nunca podemos observar un objeto entrando en un agujero negro porque se ralentizaría cada vez más desde nuestra referencia y básicamente se detendría para siempre.

Editado por shawnhar, 01 de noviembre de 2014-11: 56 a. M.

# 11 GJJim

Eso es lo contrario de lo que Krause y Kaku dicen en el video. Dijeron que nunca podemos observar un objeto entrando en un agujero negro porque se ralentizaría cada vez más de nuestra referencia y básicamente se detendría para siempre.

La luz emitida por un objeto que cae en un agujero negro se desplaza hacia el rojo a medida que se acerca al horizonte de eventos. Un observador externo lo vería enrojecerse y volverse invisible en unos pocos segundos. El objeto nunca "deja" de caer.

# 12 Guerra de las Galaxias

PBS: Ver estrellas

Visto esto en mi PBS, muestran un enorme agujero negro en diferentes longitudes de onda de luz que proyectan cosas en los polos.

# 13 maugi88

# 14 Pess

Eso es lo contrario de lo que Krause y Kaku dicen en el video. Dijeron que nunca podemos observar un objeto entrando en un agujero negro porque se ralentizaría cada vez más de nuestra referencia y básicamente se detendría para siempre.

No confunda la observación con la realidad. Desde fuera del Agujero, "observamos" detectando fotones reflejados en un objeto que se dirige hacia el BH.

A medida que el objeto se acerca al BH, el gradiente de gravedad aumenta. Por lo tanto, los fotones se desplazan hacia el rojo a medida que continuamos mirando.

Una vez que el objeto se acerca al horizonte de sucesos, se verá que el objeto viaja cada vez más lento a medida que los fotones se desplazan hacia el rojo cada vez más. Eventualmente, el corrimiento hacia el rojo sería tan intenso que pasarían miles de millones de años sin un movimiento detectable. Entonces, para todos los propósitos prácticos, nunca veríamos el objeto "desaparecer". Eso es siempre que tengamos equipo óptico que pueda hacer visibles fotones desplazados al rojo tan extremos.

Para el viajero, sin embargo, es una historia diferente. El tiempo, para ellos, parece normal e instantáneamente (desde su perspectiva) cruzarían el Horizonte de Eventos. Y si la nave sobreviviera a las fuerzas de las mareas, no notarían mucha diferencia.

Recuerde, los fotones pueden cruzar fácilmente el EH desde el exterior, por lo que (teóricamente) pueden mirar por la ventana trasera y seguir viéndonos mirándolos. Por supuesto, debes tener en cuenta todos los fotones de alta energía capturados detrás del Event Horizon contigo. No pueden escapar, pero pueden 'orbitar' la materia hacia el interior del EH. Me imagino que todos los fotones de alta energía que rodean el Agujero Negro y dentro del EH podrían crear un entorno bastante enérgico (y letal).

Pesse (¡los agujeros negros y mis obligaciones financieras comparten características físicas muy similares!)

# 15 shawnhar

Para el viajero, sin embargo, es una historia diferente. El tiempo, para ellos, parece normal e instantáneamente (desde su perspectiva) cruzarían el Horizonte de Eventos. Y si la nave sobreviviera a las fuerzas de las mareas, no notarían mucha diferencia.

Recuerde, los fotones pueden cruzar fácilmente el EH desde el exterior, por lo que (teóricamente) pueden mirar por la ventana trasera y seguir viéndonos mirándolos. Por supuesto, debes tener en cuenta todos los fotones de alta energía capturados detrás del Event Horizon contigo. No pueden escapar, pero pueden 'orbitar' la materia hacia el interior del EH. Me imagino que todos los fotones de alta energía que rodean el Agujero Negro y dentro del EH podrían crear un entorno bastante enérgico (y letal).

Pesse (¡los agujeros negros y mis obligaciones financieras comparten características físicas muy similares!)

Sí, pero ¿no vería el viajero que todo el universo se acelera cada vez más rápido a través de esa ventana trasera, de modo que todo se expande y se desvanece a la nada y el universo termina efectivamente ANTES de que crucen el EV?

# 16 AR6

¿Por qué sigo colgado de la cuestión de "nada cae en un agujero negro"? Desde el exterior, no se pierde información, por lo que no hay problemas de entropía.

¿Es eso incorrecto?

https://www.youtube. h? v = OGn_w-3pjMc

La dilatación del tiempo en la que estás pensando es desde el punto de referencia del objeto que cae en el agujero negro. Los observadores externos verían que el objeto se aceleraba y se desvanecía en el agujero negro.

Creo que lo has dicho al revés. Cuando se ve desde la distancia, el objeto parecería caer en el agujero negro a un ritmo cada vez menor, luego, a todos los efectos y con el propósito de nuestra perspectiva, simplemente deténgase. Después de todo, el tiempo del objeto se está volviendo cada vez más lento, mientras que nuestro tiempo se acelera como de costumbre, de modo que un nanosegundo cuando se desliza por el borde, en su marco de tiempo, sería potencialmente millones o miles de millones de años en nuestro marco de tiempo. Entonces, aunque en realidad nunca se detiene, dejamos de tener suficiente tiempo para verlo moverse.

Editado por AR6, 23 de noviembre de 2014 - 12:36 PM.

# 17 Pess

Para el viajero, sin embargo, es una historia diferente. El tiempo, para ellos, parece normal e instantáneamente (desde su perspectiva) cruzarían el Horizonte de Eventos. Y si la nave sobreviviera a las fuerzas de las mareas, no notarían mucha diferencia.

Recuerde, los fotones pueden cruzar fácilmente el EH desde el exterior, por lo que (teóricamente) pueden mirar por la ventana trasera y seguir viéndonos mirándolos. Por supuesto, debes tener en cuenta todos los fotones de alta energía atrapados detrás del Event Horizon contigo. No pueden escapar, pero pueden 'orbitar' la materia hacia el interior del EH. Me imagino que todos los fotones de alta energía que rodean el Agujero Negro y dentro del EH podrían crear un entorno bastante enérgico (y letal).

Pesse (¡los agujeros negros y mis obligaciones financieras comparten características físicas muy similares!)

Sí, pero ¿no vería el viajero que todo el universo se acelera cada vez más rápido a través de esa ventana trasera, de modo que todo se expande y se desvanece en la nada y el universo termina efectivamente ANTES de que crucen el EV?

La dilatación o contracción del tiempo es una función de las diferencias de velocidad relativa entre dos marcos de referencia. No depende de la proximidad a un horizonte de eventos. Entonces, hipotéticamente, podría tener todo su impulso dirigido a reducir la velocidad para que cruce el Horizonte de eventos a, digamos, 5 mph.

Mirando por la ventana trasera, todo debería parecer más o menos normal.

Ahora, dependiendo del tamaño del BH, habría una curvatura ligera extraña, pero justo detrás de ti, las cosas deberían estar bastante claras incluso después de pasar el EH, aunque imagino que necesitarías algunos filtros realmente poderosos una vez que lo hayas hecho. pase el EH para distinguir cualquier cosa.

Como acotación al margen, la teoría actual sugiere que la información, una vez pasada la EH, se pierde para siempre. Obviamente, la masa todavía está allí, ya que todavía contribuye al campo gravitacional, pero no se puede inferir nada sobre la masa que entró una vez que está "dentro".

Digo esto con una advertencia: las ideas recientes sobre BH sugieren que este puede no ser el caso. La idea más simple (muy simple en realidad) es el caso de la venta ambulante de Radiación. Existe la idea de que cuando aparece un par de partículas virtuales al lado de un EH, una partícula es arrebatada al BH, mientras que la partícula emparejada pasa de virtual a real y acelera hacia el espacio. Se necesita energía para hacer la transición de una partícula 'virtual' a una partícula 'real' y esa energía se extrae del BH.

Algunos han sugerido que midiendo aspectos de estas partículas de radiación de Hawking podemos inferir información sobre el par perdido. También es interesante que los agujeros negros pueden evaporarse completamente a través de la pérdida de masa y energía a través de la radiación de Hawking con el tiempo.

De hecho, la teoría reciente arrojada sugiere que los BH ni siquiera tienen Horizontes de eventos, sino simplemente horizontes grises que reflejan un gradiente de niveles de energía.


¿Los agujeros negros tragan materia oscura?

Sabemos que la materia oscura solo se ve fuertemente afectada por la gravedad, pero ¿tiene masa? ¿Los agujeros negros interactúan con la materia oscura? ¿Podría un agujero negro tragarse materia oscura y volverse más masivo?

No sabemos realmente qué es la materia oscura.

La hipótesis predominante es que se trata de algún tipo de partícula que solo interactúa gravitacionalmente (bueno, en su mayor parte). Si ese es el caso, entonces sí, los agujeros negros definitivamente deberían poder tragarse esas cosas.

Bajo ese mismo supuesto, debe tenerse en cuenta que la materia oscura probablemente no formará un disco de acreción, ni le importaría un disco de acreción existente. Entonces, las partículas de materia oscura solo describirían curvas cónicas alrededor del agujero negro. Si las curvas se cruzan con el horizonte de eventos, las partículas serán capturadas. De lo contrario, no se producirá ninguna captura. (con algunas correcciones a esas trayectorias debido a la relatividad general)

Si resulta que la materia oscura no es material particulado, entonces todo lo anterior no se aplica.


Historias importantes de agujeros negros

Al analizar una simulación de supercomputadora de gas que fluye hacia un agujero negro, el equipo descubre que pueden reproducir una variedad de características importantes de rayos X observadas durante mucho tiempo en agujeros negros activos. Jeremy Schnittman, astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, dirigió la investigación.

Los agujeros negros son los objetos más densos que se conocen. Los agujeros negros estelares se forman cuando las estrellas masivas se quedan sin combustible y colapsan, aplastando hasta 20 veces la masa del sol en objetos compactos de menos de 75 millas (120 kilómetros) de ancho.

El gas que cae hacia un agujero negro inicialmente orbita a su alrededor y luego se acumula en un disco aplanado. El gas almacenado en este disco gira gradualmente hacia adentro y se comprime y calienta mucho a medida que se acerca al centro, alcanzando finalmente temperaturas de hasta 20 millones de grados Fahrenheit (12 millones C), o unas 2.000 veces más calientes que la superficie del sol. Brilla intensamente en rayos X de baja energía o suaves.

Sin embargo, durante más de 40 años, las observaciones muestran que los agujeros negros también producen cantidades considerables de rayos X "duros", luz con una energía de decenas a cientos de veces mayor que los rayos X suaves. Esta luz de mayor energía implica la presencia de gas correspondientemente más caliente, con temperaturas que alcanzan miles de millones de grados.

El nuevo estudio involucra una simulación por computadora detallada que rastrea simultáneamente las propiedades fluidas, eléctricas y magnéticas del gas y al mismo tiempo tiene en cuenta la teoría de la relatividad de Einstein. Con estos datos, los científicos desarrollaron herramientas para rastrear cómo se emitían, absorbían y dispersaban los rayos X dentro y alrededor del disco.

El estudio demuestra por primera vez una conexión directa entre la turbulencia magnética en el disco, la formación de una corona de mil millones de grados por encima y por debajo del disco y la producción de rayos X duros alrededor de un agujero negro que se "alimenta" activamente.

La captura de ondas gravitacionales de algunas de las fuentes más fuertes (la colisión de agujeros negros con millones de veces la masa del sol) llevará un poco más de tiempo. Estas ondas ondulan tan lentamente que no serán detectables por las instalaciones terrestres. En cambio, los científicos necesitarán instrumentos mucho más grandes basados ​​en el espacio, como la Antena Espacial de Interferómetro Láser propuesta, que fue respaldada como un proyecto futuro de alta prioridad por la comunidad astronómica.

Un equipo que incluye astrofísicos del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, espera ese día utilizando modelos computacionales para explorar las fusiones de agujeros negros de gran tamaño. Su trabajo más reciente investiga qué tipo de "destello" podría ser visto por los telescopios cuando los astrónomos finalmente encuentran señales gravitacionales de tal evento.

Para explorar el problema, un equipo dirigido por Bruno Giacomazzo en la Universidad de Colorado, Boulder, y que incluía a Baker, desarrolló simulaciones por computadora que muestran por primera vez lo que sucede en el gas magnetizado (también llamado plasma) en las últimas etapas de un negro. fusión de agujeros.

En el entorno turbulento cerca de la fusión de los agujeros negros, el campo magnético se intensifica a medida que se retuerce y se comprime. El equipo sugiere que ejecutar la simulación para órbitas adicionales resultaría en una amplificación aún mayor.

El resultado más interesante de la simulación magnética es el desarrollo de una estructura en forma de embudo, una zona despejada que se extiende fuera del disco de acreción cerca del agujero negro fusionado.

El aspecto más importante del estudio es el brillo del flash de la fusión. El equipo encuentra que el modelo magnético produce una emisión de haz que es unas 10.000 veces más brillante que las observadas en estudios anteriores, que dieron el paso simplificador de ignorar los efectos del plasma en los discos fusionados.

Utilizando datos del satélite Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) de la NASA, un equipo internacional ha descubierto una docena de casos en los que las señales de rayos X de galaxias activas se atenúan como resultado de una nube de gas que se mueve a través de nuestra línea de visión. El nuevo estudio triplica la cantidad de eventos en la nube identificados previamente en el archivo de 16 años.

El estudio es el primer estudio estadístico de los entornos alrededor de los agujeros negros supermasivos y es el estudio de seguimiento de AGN de ​​mayor duración realizado hasta ahora en rayos X. Los científicos determinaron varias propiedades de las nubes ocultas, que varían en tamaño y forma, pero tienen un promedio de 4 mil millones de millas (6,5 mil millones de km) de ancho, mayor que la distancia de Plutón del sol, y el doble de la masa de la Tierra. Orbitan desde unas pocas semanas luz hasta unos años luz del agujero negro.


¡Las cosas que caen en este agujero negro se mueven a casi 56,000 millas por segundo!

Un globo de material del tamaño de la Tierra está siendo absorbido por un agujero negro a casi un tercio de la velocidad de la luz, informa un nuevo estudio.

La velocidad de la luz en el vacío es de 186,282 millas (299,792 kilómetros) por segundo y, según la teoría de la relatividad especial de Einstein, esa es la velocidad máxima para cualquier cosa que viaje en nuestro universo. Entonces, algo que se acelera a un tercio de la velocidad de la luz se mueve a casi 90.000 km (56.000 millas) por segundo, lo suficientemente rápido como para dar la vuelta a la Tierra dos veces en ese breve tiempo.

El evento de caída recientemente observado ocurrió en la galaxia PG211 + 143, que está a más de mil millones de años luz de distancia de la Tierra. Los astrónomos lo detectaron utilizando el telescopio espacial XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea, que observa el universo en luz de rayos X. [Imágenes: Agujeros negros del universo]

"Pudimos seguir un grupo de materia del tamaño de la Tierra durante aproximadamente un día, mientras se tiraba hacia el agujero negro, acelerando a un tercio de la velocidad de la luz antes de ser tragado por el agujero", dijo el autor principal del estudio, Ken Pounds. , un físico espacial de la Universidad de Leicester en Inglaterra, dijo en un comunicado.

La materia alcanzó velocidades tan increíbles porque los agujeros negros tienen campos gravitacionales extremadamente fuertes, tan fuertes que ni siquiera la luz puede escapar una vez que traspasa un límite crítico conocido como el "horizonte de eventos". (Por eso se llaman agujeros negros).

Hay varios tipos de agujeros negros. El tipo más masivo, llamado agujero negro supermasivo, reside en el núcleo de la mayoría, si no de todas, las galaxias, incluida nuestra propia Vía Láctea.

Si hay suficiente materia cayendo en un agujero negro supermasivo, el área brilla con rayos X superbrillantes que son visibles a largas distancias. Estos objetos se denominan cuásares o núcleos galácticos activos. Sin embargo, la mayoría de los agujeros negros son demasiado compactos para extraer ese material, que es principalmente gas, de inmediato. En cambio, la sustancia orbita alrededor del agujero negro, formando un "disco de acreción" a medida que se acerca en espiral. Finalmente, el gas se mueve tan rápido que se vuelve extremadamente caliente y luminoso, generando radiación que a menudo podemos ver desde la Tierra.

"A menudo se asume que la órbita del gas alrededor del agujero negro está alineada con la rotación del agujero negro, pero no hay una razón convincente para que esto sea así", escribieron representantes de la Universidad de Leicester en la misma declaración.

"De hecho, la razón por la que tenemos verano e invierno es que la rotación diaria de la Tierra no se alinea con su órbita anual alrededor del sol", agregaron. "Hasta ahora, no ha sido claro cómo la rotación desalineada podría afectar la caída de gas. Esto es particularmente relevante para la alimentación de agujeros negros supermasivos, ya que la materia (nubes de gas interestelar o incluso estrellas aisladas) puede caer desde cualquier dirección".

Los miembros del equipo de estudio creen que el gas está desalineado con la rotación del agujero negro en PG211 + 143. En tales situaciones, los discos de acreción pueden torcerse y romperse, algunas de las diversas piezas pueden chocar entre sí, "cancelando" su rotación y permitiendo que algo de gas se acerque directamente al agujero negro, en lugar de girar a su alrededor.

Si los discos desalineados son comunes, podría ayudar a explicar por qué los agujeros negros del universo temprano crecieron tan rápidamente. Dichos agujeros negros girarían relativamente lentamente, lo que les permitiría atrapar más gas en un período de tiempo más corto de lo que se pensaba anteriormente, dijeron los investigadores.

El nuevo estudio se publicó este mes en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Cómo llegar del Universo A al Universo B en una sola pieza

A la derecha está el diagrama de Penrose para un agujero negro cargado o en rotación. Una de las primeras cosas que quiero señalar es la naturaleza de la singularidad. ¡Les dije antes que la singularidad era un lugar en el tiempo, pero eso era solo para el agujero negro estático! Mira aquí, la singularidad es un lugar definido, y los lugares se pueden evitar siempre que no tengas que ir a la velocidad de la luz para hacerlo.

Esta es la hoja de ruta para saltar de un universo a otro. Digamos que la línea mundial púrpura soy yo en mi cohete Ford Tempo 2085 (con pintura roja que no coincide). Quiero viajar a algún lugar usando el agujero negro giratorio supermasivo que tengo justo enfrente. I take the time to perch at the lip of the gravity well and at a small angle to one of the poles of the axis of rotation of the black hole. (My Tempo is impossibly well-shielded against radiation.) Armed with the might of relativity (and some auto insurance), I accelerate my Tempo towards the outer event horizon and dive into the 'well. As I fall, I'm trading gravitational potential energy for kinetic energy, and I end up going quite fast as I cross the outer event horizon. The instant I reach Rs, my engines cut off just as I preprogrammed them to do.

This particular galactic black hole is rotating very quickly, so I very quickly cross the inner event horizon. Since the two event horizons are nearly on top of one another and since I cut my engines before I entered the realm between them, I do not experience any tidal unpleasantness. A very curious thing happens when I cross the outer event horizon. The singularity becomes an unavoidable place in time---it becomes my future---as the time axis and the space axis of my spacetime diagram exchange places. As I cross the inner event horizon, time and space resume their normal axes on my spacetime diagram, and the singularity becomes a place in space.

I should remind you that I'm rocketing along at a speed close to light. I blaze across the inner event horizon and shoot right through the center of the ring singularity. Oooh, confusing statement. The singularity appears to me as a round window. If the singularity emits any light on its own, I would see that as the frame of the window. Inside that window. is reminiscent of what you see when you reflect one mirror into another: a hallway of mirrors arching into infinity. The smaller the angle between my approach and the axis of rotation, the more mirrors I see. What I see in the window of the singularity is the same but, instead of mirrors, I see an infinite number of locations.

There is only one restriction on where I may go with a rotating black hole: to enter a black hole means to leave a black hole. Black holes are rather like subway terminals in that sense if you walk down the stairs to take a train, you've got to walk back up the stairs when you exit. You can only exit at locations with those stairs. You could not use a black hole to pop out right next to earth, 1940, because there were no black holes right next to earth at that time.

I shoot through the very center of the window, nearly orthogonal to (perpendicular to) the window (nearly because I approached nearly parallel to the axis of rotation. I recross both event horizons, one after the other, and leave the black hole at a speed close to that of light. I gained all my speed entering the gravitational well, now I lose it all leaving the well. I coast away from the black hole's gravity well at the same speed I entered, the mirror-image of my worldline when I entered the gravity well --- which kinda means I end up perched at the lip of the gravity well, again, with the option to fall back in or to leave and explore.

This universe-jumping is a fun thing to think about, but I always get edgy when considering the idea of innocently wandering into a whole different universe. I mean, the only things that define our universe are our "laws" (axioms, theories --- as you please) of physics. The speed of light in a vacuum is 3x10 8 m/s. Electrons have such and such weight and charge. The distribution of matter formed just after the big bang favored matter over antimatter (just). The universe expanded at such a rate that stars formed, some of which were conducive to the formation of planets. In another universe, the numbers for these laws might differ somewhat --- or the laws could be completely different! Recall all that dust and gas falling into the black hole as innocent little me attempts to leave the gravity well? Suppose the universe I just entered is one where antimatter is the dominant type of matter --- and here's little me and my rocket, made entirely of matter. Imagine my surprise as a tiny clump of anti-hydrogen atoms wisps against my Tempo's fender. ¡Auge! Tremendous explosion and lots of energy released, and that's the end of my traveling days.

The other problem is that this situation is completely theoretical. The Kerr solution is very unstable. The mere approach of a rocket to the outer event horizon (let alone one diving across said horizon), will destabilize the black hole and make it fatal for the rocket attempting to travel through it. I'm sorry, it sounds like a fun way to explore, but that is the way things work.


Astronomers catch a black hole shredding a star to pieces

This illustration of a recently observed tidal disruption, named ASASSN-14li, shows a disc of stellar debris around the black hole at the upper left. A long tail of ejected stellar debris extends to the right, far from the black hole. The X-ray spectrum obtained with NASA’s Chandra X-ray Observatory (seen in the inset box) and ESA’s XMM-Newton satellite both show clear evidence for dips in X-ray intensity over a narrow range of wavelengths. These dips are shifted toward bluer wavelengths than expected, providing evidence for a wind blowing away from the black hole. Image credit: NASA/CXC/M. Weiss. When a star comes too close to a black hole, the intense gravity of the black hole results in tidal forces that can rip the star apart. In these events, called tidal disruptions, some of the stellar debris is flung outward at high speeds, while the rest falls toward the black hole. This causes a distinct X-ray flare that can last for years.

A team of astronomers, including several from the University of Maryland, has observed a tidal disruption event in a galaxy that lies about 290 million light-years from Earth. The event is the closest tidal disruption discovered in about a decade, and is described in a paper published in the 22 October 2015 issue of the journal Naturaleza.

“These results support some of our newest ideas for the structure and evolution of tidal disruption events,” said study co-author Coleman Miller, professor of astronomy at UMD and director of the Joint Space-Science Institute. “In the future, tidal disruptions can provide us with laboratories to study the effects of extreme gravity.”

The optical light All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN) originally discovered the tidal disruption, known as ASASSN-14li, in November 2014. The event occurred near a supermassive black hole at the centre of the galaxy PGC 043234. Further study using NASA’s Chandra X-ray Observatory, NASA’s Swift Gamma-ray Burst Explorer and the European Space Agency’s XMM-Newton satellite provided a clearer picture by analysing the tidal disruption’s X-ray emissions.

“We have seen evidence for a handful of tidal disruptions over the years and have developed a lot of ideas of what goes on,” said lead author Jon Miller, a professor of astronomy at the University of Michigan. “This one is the best chance we have had so far to really understand what happens when a black hole shreds a star.”

After a star is destroyed by a tidal disruption, the black hole’s strong gravitational forces draw in most of the star’s remains. Friction heats this infalling debris, generating huge amounts of X-ray radiation. Following this surge of X-rays, the amount of light decreases as the stellar material falls beyond the black hole’s event horizon &mdash the point beyond which no light or other information can escape.

Gas often falls toward a black hole by spiralling inward and forming a disc. But the process that creates these disc structures, known as accretion discs, has remained a mystery. By observing ASASSN-14li, the team of astronomers was able to witness the formation of an accretion disc as it happened, by looking at the X-ray light at different wavelengths and tracking how those emissions changed over time.

The researchers determined that most of the X-rays are produced by material that is extremely close to the black hole. In fact, the brightest material might actually occupy the smallest possible stable orbit. But astronomers are equally interested to learn what happens to the gas that doesn’t get drawn past the event horizon, but instead is ejected away from the black hole.

“The black hole tears the star apart and starts swallowing material really quickly, but that’s not the end of the story,” said study co-author Jelle Kaastra, an astronomer at the Institute for Space Research in the Netherlands. “The black hole can’t keep up that pace so it expels some of the material outwards.”

The X-ray data also suggest the presence of a wind moving away from the black hole, carrying stellar gas outward. However, this wind does not quite move fast enough to escape the black hole’s gravitational grasp. A possible explanation for the low speed of this wind is that gas from the disrupted star follows an elliptical orbit around the black hole, and travels slowest when it reaches the greatest distance from the black hole at the far ends of this elliptical orbit.

“This result highlights the importance of multi-wavelength observations,” explained study co-author Suvi Gezari, an assistant professor of astronomy at UMD. “Even though the event was discovered with an optical survey telescope, prompt X-ray observations were key in determining the characteristic temperature and radius of the emission and catching the signatures of an outflow.”

Astronomers are hoping to find and study more events like ASASSN-14li so they can continue to test theoretical models about how black holes affect their nearby environments, while learning more about what black holes do to any stars or other bodies that wander too close.


A Black Hole Myth

Much of the modern folklore about black holes is misleading. One idea you may have heard is that black holes go about sucking things up with their gravity. Actually, it is only very close to a black hole that the strange effects we have been discussing come into play. The gravitational attraction far away from a black hole is the same as that of the star that collapsed to form it.

Remember that the gravity of any star some distance away acts as if all its mass were concentrated at a point in the center, which we call the center of gravity. For real stars, we merely imagina that all mass is concentrated there for black holes, all the mass really is concentrated at a point in the center.

So, if you are a star or distant planet orbiting around a star that becomes a black hole, your orbit may not be significantly affected by the collapse of the star (although it may be affected by any mass loss that precedes the collapse). If, on the other hand, you venture close to the event horizon, it would be very hard for you to resist the “pull” of the warped spacetime near the black hole. You have to get really close to the black hole to experience any significant effect.

If another star or a spaceship were to pass one or two solar radii from a black hole, Newton’s laws would be adequate to describe what would happen to it. Only very near the event horizon of a black hole is the gravitation so strong that Newton’s laws break down. The black hole remnant of a massive star coming into our neighborhood would be far, far safer to us than its earlier incarnation as a brilliant, hot star.

Time machines are one of the favorite devices of science fiction. Such a device would allow you to move through time at a different pace or in a different direction from everyone else. General relativity suggests that it is possible, in theory, to construct a time machine using gravity that could take you into the future.

Let’s imagine a place where gravity is terribly strong, such as near a black hole. General relativity predicts that the stronger the gravity, the slower the pace of time (as seen by a distant observer). So, imagine a future astronaut, with a fast and strongly built spaceship, who volunteers to go on a mission to such a high-gravity environment. The astronaut leaves in the year 2222, just after graduating from college at age 22. She takes, let’s say, exactly 10 years to get to the black hole. Once there, she orbits some distance from it, taking care not to get pulled in.

She is now in a high-gravity realm where time passes much more slowly than it does on Earth. This isn’t just an effect on the mechanism of her clocks—time itself is running slowly. That means that every way she has of measuring time will give the same slowed-down reading when compared to time passing on Earth. Her heart will beat more slowly, her hair will grow more slowly, her antique wristwatch will tick more slowly, and so on. She is not aware of this slowing down because all her readings of time, whether made by her own bodily functions or with mechanical equipment, are measuring the same—slower—time. Meanwhile, back on Earth, time passes as it always does.

Our astronaut now emerges from the region of the black hole, her mission of exploration finished, and returns to Earth. Before leaving, she carefully notes that (according to her timepieces) she spent about 2 weeks around the black hole. She then takes exactly 10 years to return to Earth. Her calculations tell her that since she was 22 when she left the Earth, she will be 42 plus 2 weeks when she returns. So, the year on Earth, she figures, should be 2242, and her classmates should now be approaching their midlife crises.

But our astronaut should have paid more attention in her astronomy class! Because time slowed down near the black hole, much less time passed for her than for the people on Earth. While her clocks measured 2 weeks spent near the black hole, more than 2000 weeks (depending on how close she got) could well have passed on Earth. That’s equal to 40 years, meaning her classmates will be senior citizens in their 80s when she (a mere 42-year-old) returns. On Earth it will be not 2242, but 2282—and she will say that she has arrived in the future.

Is this scenario real? Well, it has a few practical challenges: we don’t think any black holes are close enough for us to reach in 10 years, and we don’t think any spaceship or human can survive near a black hole. But the key point about the slowing down of time is a natural consequence of Einstein’s general theory of relativity, and we saw that its predictions have been confirmed by experiment after experiment.

Such developments in the understanding of science also become inspiration for science fiction writers. Recently, the film Interestelar featured the protagonist traveling close to a massive black hole the resulting delay in his aging relative to his earthbound family is a key part of the plot.

Science fiction novels, such as Gateway by Frederik Pohl and A World out of Time by Larry Niven, also make use of the slowing down of time near black holes as major turning points in the story. For a list of science fiction stories based on good astronomy, you can go to www.astrosociety.org/scifi.


Professor makes black hole breakthroughs, ballads

(CNN) -- "Attracted by your gravity, your body's so compact / Pulling me inward, prepare for close contact," Boston University astronomer Alan Marscher sings in his song about a deep-space object known as a black hole.

Alan Marscher, professor at Boston University, sings about black holes and other astronomy concepts.

Marscher once used other rock groups' songs to illustrate scientific concepts for his students, such the Einsteinian "'39" by Queen.

Then he began writing his own songs tailored to specific lectures like "Superluminal Lover," a black hole ballad full of physics and innuendo. Watch him sing "Superluminal Lover" »

The song may not have won him much fame, but an international team of researchers that Marscher leads has just published some breakthrough research on the same black hole phenomena he sings about.

Black holes are somewhat like vacuum cleaners in space. These collapsed stars suck in anything and everything in their immediate vicinities and don't let anything escape, not even light.

The vacuum cleaner idea of a black hole isn't perfect. Astronomers have also detected jet streams of particles traveling at nearly the speed of light, as well as X-rays and gamma rays, shooting out from black holes.

Using radio telescopes set up all over the world, Marscher and colleagues studied a black hole nearly 1 billion light years away (one light year is about 5.9 trillion miles). They found evidence supporting one theory of why the black hole has these jet streams.

As matter falls into a black hole, it swirls around like water going down a drain, Marscher said. The closer things get to the black hole, the faster they begin to orbit.

The magnetic field then twists, like a spring that coils up, he said. This magnetic field propels particles along the black hole's rotational poles.

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Marscher's team found direct evidence to support this explanation, detecting the twisted magnetic field and the polarized light that results from it.

"This paper represents a significant advance in the field," said Marc Lacy, an associate research scientist at Caltech's Spitzer Science Center. "The authors make a convincing case that what they'd see is what you'd expect to see in this model of jet formation."

Lukasz Stawarz, a researcher at the Stanford Linear Accelerator Center, said Marscher's team's observations contribute significantly to our understanding of this type of black hole and provide evidence of a model that had little confirmation before.

"Observations reported by Alan Marscher and collaborators, although not definitive, are very convincing and novel in this respect," he said.

The researchers eagerly await results from NASA's Gamma-ray Large Area Space Telescope, a space observatory that may provide even more insight into black holes' jet streams. The spacecraft will launch no later than June 3, NASA said.

Black holes cannot be seen because they do not emit any light, but astronomers have found substantial evidence of them. Still, no existing telescope is powerful enough to observe exactly what goes on so close to a black hole, Lacy said.

"These are very rare objects, and so it's not until we look a great distance away that we see one whose jet pointing almost right at us," Marscher said. "Then, when we see a jet pointing almost right at us, the jet beams its radiation, like a halogen flashlight."

Although astronomers have detected black holes only in deep space, there is speculation that a black hole could be generated at the Large Hadron Collider, the multibillion-dollar particle accelerator under development at the European Organization for Nuclear Research in Geneva, Switzerland.

The idea that a black hole could emerge in these experiments is far-fetched, Marscher said. But even if the accelerator did create a black hole, it wouldn't necessarily be harmful, he said. See what's planned for the collider »

"If you made a little tiny black hole in a laboratory, it wouldn't have that much gravity. It wouldn't suck in everything that's on the Earth it would just suck in stuff that's within, say, a few millimeters of it," he said. "It wouldn't be the devastating danger that science-fiction writers would say, because it'd be a real tiny mass."

Still, even a laboratory-made black hole shouldn't be kept around for long. By its nature of sucking things up, it could just grow and grow, accumulating more mass and more power to pull in more things.

"I think I would put it into something that had a lot of mass and then just toss it off into space, so it wouldn't come into contact with very much matter so it wouldn't grow." Marscher said.

From the time he was a pre-teen, he was interested in astronomy. But he didn't think he could do it for a living, so he signed up for engineering at Cornell University.

Still, he ended up in astronomy, despite the low odds of making it into graduate school and earning a faculty position.

"My philosophy has always been that even if you have only a low probability of succeeding in a career, you should try anyway, so that you don't wake up when you're middle-aged and wonder what could have been," he said.

Though he was in a rock band in high school, Marscher wasn't too tempted to become a professional musician. He wrote his dozen science songs to complement his teaching in a course called "The Evolution of the Physical Universe and of the Earth," part of Boston University's core curriculum for undergraduates.

"Anybody's attention span during an hourlong period doesn't really focus on someone just lecturing," he said. The music "really does help to liven up the lectures."


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