COMO SE FORMA UN HOYO NEGRO?
Los astrónomos piensan que hay muchas formas en las que se pueden originar los Hoyos Negros. Probablemente la más común sea a través de una supernova, una estrella que explota. Cuando acaba la vida de una estrella con más de 20 veces la masa del Sol, ella explota. Las capas externas de la estrella son expulsadas a altas velocidades, pero las capas internas, su núcleo, colapsan. Si después de la explosión hay suficiente masa remanente entonces la gravedad puede seguir comprimiendo a este material sobrante y lo que se obtendrá será un Hoyo Negro. Cuando todo haya concluido, la masa del Hoyo Negro será unas cuantas veces la masa del Sol. A esto se llama un Hoyo Negrote tipo estelar, al que la mayoría de los astrónomos conocen como un “Típico” Hoyo Negro.
Pero también existen algunos “Monstruos”, llamados Hoyos Negros súper masivos. Ellos acechan en el centro de las galaxias y son enormes. ¡Pueden tener millones, o miles de millones de veces la masa del Sol! Sus orígenes son un misterio, pero probablemente se formaron al mismo tiempo que sus galaxias anfitrionas. Quizá cada una de ellas empezó con una estrella súper masiva que exploto, creando un Hoyo Negro masivo que fue acumulando material (incluyendo otros Hoyos Negros), o puede haberse condensado directamente a partir de la materia que fluyo hacia el centro de la galaxia en formación. Los astrónomos creen que existe un hoyo negro súper masivo en todas las grandes galaxias, incluyendo nuestra propia galaxia: la Vía Láctea
¿SE PUEDEN USAR LOS HOYOS NEGROS PARA VIAJAR A TRAVES DEL TIEMPO?
El usar a los Hoyos Negros para viajar a través del tiempo es un cliché común de la ciencia ficción. Al sumergirnos en el tema comprendemos que esto nos serviría para viajar a cientos de años luz de distancia en menos de un parpadeo.
Pero esto es solo ficción y probablemente no funcionaria. Los Hoyos Negros distorsionan el espacio – tiempo a tal punto que rasgan la estructura local del universo. Existe una teoría que nos dice que, de ocurrir esto, podrían conectarse dos Hoyos Negros formando una especie de túnel a través del espacio llamado LOMBRIGUERA U HOYO DE GUSANO (por su analogía con el túnel que deja un gusano al atravesar una manzana). Si entras en un hoyo de gusano podrías aparecer en algún lugar muy lejano, sin necesidad de recorrer la distancia que separa a ambos lugares.
Desafortunadamente, los científicos también creen que la gravedad concentrada en las entradas de los hoyos de gusano podría aplastar cualquier cosa que intentara cruzar a través de ellas.
Por otro lado las energías necesarias para mantener abiertas las entradas de los hoyos de gusano son prohibitivas. En realidad, es muy probable que los hoyos de gusano no existan. Cuando inventemos los viajes interestelares, también inventamos los hoyos de gusano para hacerlos posibles.
HOYOS NEGROS PRIMORDIALES Y MINI HOYOS NEGROS
Ahora hablaremos de un tercer tipo de Hoyo Negro conocido como “HOYO NEGRO PRIMORDIAL”. Estos hoyos negros no se formaron debido al colapso gravitorió de una estrella o a la aplastante gravedad del núcleo galáctico, sino a la extrema densidad del Universo en los instantes iniciales de su expansión, poco después del BIG BANG.
Para la descripción teórica de los dos tipos anteriores de hoyos negros, básicamente se requiere de la Teoría General de la Relatividad. Para estudiar la última categoría de hoyos negros que ahora veremos, se hará uso de la física quántica y de sus fascinantes predicciones, aunque es justo decir que mucho de lo que explicaremos aun permanece sin confirmación experimental.
De acuerdo al modelo del BIG BANG caliente (conocido también como “modelo estándar”), durante los primeros instantes que surgieron al BIG BANG la presión y la temperatura del Universo fueron extremamente elevadas. Bajo estas condiciones, pequeñas variaciones en la densidad de la materia pudieron originar regiones del espacio suficientemente densas como para generar hoyos negros. Aunque la mayor parte de las regiones densas serian dispersadas por la expansión del Universo, de haberse formado un hoyo negro primordial tendría una existencia estable perdurando hasta la actualidad.
La teoría clásica de hoyo negro establece que la menor masa que puede tener este, probablemente sea del orden de la llamada “MASA DE PLANCK” (-10-8 kg.).La existencia de hoyos negros con esta masa es solamente hipotética, pero si los hoyos negros primordiales existen, estos podrían alcanzar esta condición como el final de la evaporación debido a la “RADIACION DE HAWKING”. Es en este punto donde cualquier descripción gravitacional clásica de dicho objeto alcanza su límite, el cual puede rebasarse teniendo en cuenta las correspondientes correcciones cuanticas.
La energía necesaria para estudiar los hoyos negros primordiales puede ser producida 9a través de un acelerador de partículas, tal como el Gran Colisionador de Hadrones (GCH), o ser detectada en colisiones de radiación cósmica en nuestra atmósfera. Se han establecido que para lograr una colisión entre dos agregados de fermiones dentro de una distancia del orden de la longitud de Planck (--10—35m), como la actual intención de campo magnético alcanzable, se requeriría de un acelerador de partículas de casi 1000 años luz de diámetro. Aun si esto fuera posible, cualquier producto de la colisión seria inmensamente inestable y se desintegraría casi instantáneamente.
Algunos teóricos han sugerido queque las múltiples dimensiones postuladas por la teoría de súper cuerdas podrían ayudar a crear una fuerza de gravedad efectiva. Esto a su vez reduciría la energía de Panck (--109J), permitiendo que las descripciones de hoyos negros fueran validas aun con masas muy pequeñas. Insistimos en que todo esto es altamente especulativo.
Otros han meditado acerca de las suposiciones básicas del programa de gravedad cuantica, donde hay consideraciones que obligan a tomar en serio la “radiación de Hawking. Es la teoría cuantica la que nos limita a la masa de Planck, ya que en Relatividad General un hoyo negro podría nacer siendo arbitrariamente pequeño. Todo lo que podemos afirmar con certeza es que las predicciones actuales para la existencia de un hoyo negro con una masa menor a la masa de Planck, son inconsistentes e incompletas.
Aunque una teoría unificada entre gravitación y mecánica cuántica es el sueño de los físicos de altas energías, y
ciertamente se han alcanzado muchos éxitos, a veces nos parece que las principales piezas del rompecabezas aun no se han puesto sobre la mesa. Esto ocurre porque las oportunidades de tener una observación clara del comportamiento de las propiedades mas dispares descritas por ambas teorías, son extremadamente raras en la naturaleza.
Considerando que el universo temprano es el único periodo del tiempo en el que tanto los procesos gravitacionales como los cuanticos son igualmente importantes. Sin embargo, los hoyos negros con pequeñísimas masas pueden proporcionarnos guías hacia aquellas condiciones tan inusuales y ciertamente pueden constituir, si existen, los únicos objetos en el cosmos actual donde tales procesos físicos extremos pueden ocurrir. Aun si todo esto permanece como especulación, la investigación de los hoyos negros ciertamente esta garantizada, puesto que muchos modelos predicen su existencia en diversos contextos y situaciones.
Desde el punto de vista astrofísico se creían que únicamente eran posibles los hoyos negros masivos—con masas de varias veces la masa de Sol--, pues son los únicos capaces de formarse en las etapas finales de la evolución estelar. Aunque tiene muchas características fascinantes, estos hoyos negros no son tan variados como sus primos más pequeños podrían llegar a ser. La característica mas destacada de un hoyo negro—y con los más interesantes efectos físicos asociados—es su gravedad superficial. Esto sencillamente se debe al hecho que si bien la fuerza gravitacional de Newton depende linealmente de la masa, depende del inverso del cuadrado de la distancia (que en si misma es proporcional al radio de Schwarzschild del hoyo negro). Particularmente, el fenómeno de la evaporación (radiación) de Hawking es significativo solamente en el caso de los hoyos negros primordiales: los efectos de marea se hacen tan grandes cerca de la superficie de los pares de partículas producidas por las fluctuaciones del vació cuantico pueden romperse, una partícula cae hacia el hoyo negro y la otra es expulsada hacia fuera. Este proceso no se a observado aun, debido precisamente al hecho de que los hoyos negros astrofísicos son demasiado masivos y fríos, pero ciertamente este efecto es una de las predicciones mas importantes de la teoría del espacio—tiempo curvado. Contrariamente a las ideas comunes de la Relatividad General, los hoyos negros son capaces de emitir partículas. Pueden llegar incluso a ser muy calientes y muy brillantes si su masa es lo suficientemente pequeña. De hecho, los principios de la termodinámica pueden aplicarse a los hoyos negros. Las variables esenciales: temperatura, entropía y energía interna son las contrapartes de la gravedad, el área y la masa superficial, respectivamente, en el caso de la Relatividad General.
Los astrónomos piensan que hay muchas formas en las que se pueden originar los Hoyos Negros. Probablemente la más común sea a través de una supernova, una estrella que explota. Cuando acaba la vida de una estrella con más de 20 veces la masa del Sol, ella explota. Las capas externas de la estrella son expulsadas a altas velocidades, pero las capas internas, su núcleo, colapsan. Si después de la explosión hay suficiente masa remanente entonces la gravedad puede seguir comprimiendo a este material sobrante y lo que se obtendrá será un Hoyo Negro. Cuando todo haya concluido, la masa del Hoyo Negro será unas cuantas veces la masa del Sol. A esto se llama un Hoyo Negrote tipo estelar, al que la mayoría de los astrónomos conocen como un “Típico” Hoyo Negro.
Pero también existen algunos “Monstruos”, llamados Hoyos Negros súper masivos. Ellos acechan en el centro de las galaxias y son enormes. ¡Pueden tener millones, o miles de millones de veces la masa del Sol! Sus orígenes son un misterio, pero probablemente se formaron al mismo tiempo que sus galaxias anfitrionas. Quizá cada una de ellas empezó con una estrella súper masiva que exploto, creando un Hoyo Negro masivo que fue acumulando material (incluyendo otros Hoyos Negros), o puede haberse condensado directamente a partir de la materia que fluyo hacia el centro de la galaxia en formación. Los astrónomos creen que existe un hoyo negro súper masivo en todas las grandes galaxias, incluyendo nuestra propia galaxia: la Vía Láctea
¿SE PUEDEN USAR LOS HOYOS NEGROS PARA VIAJAR A TRAVES DEL TIEMPO?
El usar a los Hoyos Negros para viajar a través del tiempo es un cliché común de la ciencia ficción. Al sumergirnos en el tema comprendemos que esto nos serviría para viajar a cientos de años luz de distancia en menos de un parpadeo.
Pero esto es solo ficción y probablemente no funcionaria. Los Hoyos Negros distorsionan el espacio – tiempo a tal punto que rasgan la estructura local del universo. Existe una teoría que nos dice que, de ocurrir esto, podrían conectarse dos Hoyos Negros formando una especie de túnel a través del espacio llamado LOMBRIGUERA U HOYO DE GUSANO (por su analogía con el túnel que deja un gusano al atravesar una manzana). Si entras en un hoyo de gusano podrías aparecer en algún lugar muy lejano, sin necesidad de recorrer la distancia que separa a ambos lugares.
Desafortunadamente, los científicos también creen que la gravedad concentrada en las entradas de los hoyos de gusano podría aplastar cualquier cosa que intentara cruzar a través de ellas.
Por otro lado las energías necesarias para mantener abiertas las entradas de los hoyos de gusano son prohibitivas. En realidad, es muy probable que los hoyos de gusano no existan. Cuando inventemos los viajes interestelares, también inventamos los hoyos de gusano para hacerlos posibles.
HOYOS NEGROS PRIMORDIALES Y MINI HOYOS NEGROS
Ahora hablaremos de un tercer tipo de Hoyo Negro conocido como “HOYO NEGRO PRIMORDIAL”. Estos hoyos negros no se formaron debido al colapso gravitorió de una estrella o a la aplastante gravedad del núcleo galáctico, sino a la extrema densidad del Universo en los instantes iniciales de su expansión, poco después del BIG BANG.
Para la descripción teórica de los dos tipos anteriores de hoyos negros, básicamente se requiere de la Teoría General de la Relatividad. Para estudiar la última categoría de hoyos negros que ahora veremos, se hará uso de la física quántica y de sus fascinantes predicciones, aunque es justo decir que mucho de lo que explicaremos aun permanece sin confirmación experimental.
De acuerdo al modelo del BIG BANG caliente (conocido también como “modelo estándar”), durante los primeros instantes que surgieron al BIG BANG la presión y la temperatura del Universo fueron extremamente elevadas. Bajo estas condiciones, pequeñas variaciones en la densidad de la materia pudieron originar regiones del espacio suficientemente densas como para generar hoyos negros. Aunque la mayor parte de las regiones densas serian dispersadas por la expansión del Universo, de haberse formado un hoyo negro primordial tendría una existencia estable perdurando hasta la actualidad.
La teoría clásica de hoyo negro establece que la menor masa que puede tener este, probablemente sea del orden de la llamada “MASA DE PLANCK” (-10-8 kg.).La existencia de hoyos negros con esta masa es solamente hipotética, pero si los hoyos negros primordiales existen, estos podrían alcanzar esta condición como el final de la evaporación debido a la “RADIACION DE HAWKING”. Es en este punto donde cualquier descripción gravitacional clásica de dicho objeto alcanza su límite, el cual puede rebasarse teniendo en cuenta las correspondientes correcciones cuanticas.
La energía necesaria para estudiar los hoyos negros primordiales puede ser producida 9a través de un acelerador de partículas, tal como el Gran Colisionador de Hadrones (GCH), o ser detectada en colisiones de radiación cósmica en nuestra atmósfera. Se han establecido que para lograr una colisión entre dos agregados de fermiones dentro de una distancia del orden de la longitud de Planck (--10—35m), como la actual intención de campo magnético alcanzable, se requeriría de un acelerador de partículas de casi 1000 años luz de diámetro. Aun si esto fuera posible, cualquier producto de la colisión seria inmensamente inestable y se desintegraría casi instantáneamente.
Algunos teóricos han sugerido queque las múltiples dimensiones postuladas por la teoría de súper cuerdas podrían ayudar a crear una fuerza de gravedad efectiva. Esto a su vez reduciría la energía de Panck (--109J), permitiendo que las descripciones de hoyos negros fueran validas aun con masas muy pequeñas. Insistimos en que todo esto es altamente especulativo.
Otros han meditado acerca de las suposiciones básicas del programa de gravedad cuantica, donde hay consideraciones que obligan a tomar en serio la “radiación de Hawking. Es la teoría cuantica la que nos limita a la masa de Planck, ya que en Relatividad General un hoyo negro podría nacer siendo arbitrariamente pequeño. Todo lo que podemos afirmar con certeza es que las predicciones actuales para la existencia de un hoyo negro con una masa menor a la masa de Planck, son inconsistentes e incompletas.
Aunque una teoría unificada entre gravitación y mecánica cuántica es el sueño de los físicos de altas energías, y
ciertamente se han alcanzado muchos éxitos, a veces nos parece que las principales piezas del rompecabezas aun no se han puesto sobre la mesa. Esto ocurre porque las oportunidades de tener una observación clara del comportamiento de las propiedades mas dispares descritas por ambas teorías, son extremadamente raras en la naturaleza.
Considerando que el universo temprano es el único periodo del tiempo en el que tanto los procesos gravitacionales como los cuanticos son igualmente importantes. Sin embargo, los hoyos negros con pequeñísimas masas pueden proporcionarnos guías hacia aquellas condiciones tan inusuales y ciertamente pueden constituir, si existen, los únicos objetos en el cosmos actual donde tales procesos físicos extremos pueden ocurrir. Aun si todo esto permanece como especulación, la investigación de los hoyos negros ciertamente esta garantizada, puesto que muchos modelos predicen su existencia en diversos contextos y situaciones.
Desde el punto de vista astrofísico se creían que únicamente eran posibles los hoyos negros masivos—con masas de varias veces la masa de Sol--, pues son los únicos capaces de formarse en las etapas finales de la evolución estelar. Aunque tiene muchas características fascinantes, estos hoyos negros no son tan variados como sus primos más pequeños podrían llegar a ser. La característica mas destacada de un hoyo negro—y con los más interesantes efectos físicos asociados—es su gravedad superficial. Esto sencillamente se debe al hecho que si bien la fuerza gravitacional de Newton depende linealmente de la masa, depende del inverso del cuadrado de la distancia (que en si misma es proporcional al radio de Schwarzschild del hoyo negro). Particularmente, el fenómeno de la evaporación (radiación) de Hawking es significativo solamente en el caso de los hoyos negros primordiales: los efectos de marea se hacen tan grandes cerca de la superficie de los pares de partículas producidas por las fluctuaciones del vació cuantico pueden romperse, una partícula cae hacia el hoyo negro y la otra es expulsada hacia fuera. Este proceso no se a observado aun, debido precisamente al hecho de que los hoyos negros astrofísicos son demasiado masivos y fríos, pero ciertamente este efecto es una de las predicciones mas importantes de la teoría del espacio—tiempo curvado. Contrariamente a las ideas comunes de la Relatividad General, los hoyos negros son capaces de emitir partículas. Pueden llegar incluso a ser muy calientes y muy brillantes si su masa es lo suficientemente pequeña. De hecho, los principios de la termodinámica pueden aplicarse a los hoyos negros. Las variables esenciales: temperatura, entropía y energía interna son las contrapartes de la gravedad, el área y la masa superficial, respectivamente, en el caso de la Relatividad General.
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