Astronomía

¿Existe un límite para el tamaño de un agujero negro?

¿Existe un límite para el tamaño de un agujero negro?


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La masa de una estrella está limitada a unos doscientos masas solares. La tasa de fusión aumenta fuertemente con la densidad (razón por la cual las estrellas más masivas tienen una vida útil extremadamente corta), por lo que si una estrella fuera lo suficientemente masiva (por encima del límite de Eddington), la presión de radiación la haría estallar.

Ahora, un agujero negro también tiene radiación, pero por definición no es capaz de escapar debido a la gravedad. Pero, ¿existe de alguna manera un límite de tamaño? Imagina que toda la materia del universo forma un agujero negro. ¿Debería ser posible o hay una ley que prohíbe su creación?


La relatividad general no limita el tamaño de un agujero negro, y tenemos buenas observaciones (indirectas) de agujeros negros con una masa de más de mil millones de soles.

Los agujeros negros no son objetos que se mantienen unidos por la gravedad y que podrían romperse si se incrementaran las fuerzas que se oponen a la gravedad. Son (en GR) singularidades: un colapso completo de la materia hasta cierto punto. No hay ningún "objeto" dentro de un agujero negro que pueda estar emitiendo radiación.

Ahora bien, si toda la materia del universo fuera un agujero negro, entonces esa singularidad estaría en todos nuestros futuros. No "veríamos" la singularidad porque está en el futuro, nunca en el pasado. De hecho, un universo en el que hay un agujero negro podría parecerse bastante al del que vivimos.


No hay límite teórico. Si tuviera suficiente energía para mover estrellas o galaxias, en teoría podría seguir alimentando un agujero negro hasta que se volviera enormemente grande, incluso más grande que la Vía Láctea, por ejemplo. Pero existen límites prácticos más allá de los cuales es poco probable que crezcan los agujeros negros.

Las dos razones de esto son que 1), los agujeros negros no son eficientes para absorber materia. Pueden escupir hasta el 90% de la energía de la materia que cae en ellos, y 2) una vez que alcanzan un cierto tamaño, los agujeros negros son demasiado grandes para formar discos de acreción, por lo que la materia tiende a orbitar alrededor de ellos en lugar de formar un embudo. en ellos.

Fuente y fuente.

En cuanto a tu segunda pregunta

Imagina que toda la materia del universo forma un agujero negro. ¿Debería ser posible o hay una ley que prohíbe su creación?

Yo mismo lo he meditado y no tengo ni idea de la respuesta. ¿Hay un tamaño más allá del cual la Energía Oscura superaría la gravitación? La energía oscura que opera dentro del agujero negro podría superar la gravitación más allá de cierto tamaño, pero esa es solo mi especulación de novatos y creo que el agujero negro necesitaría tener miles de millones de años luz de diámetro para que eso suceda.

No sé la respuesta a esa. Sin embargo, tendría curiosidad si alguien lo hiciera.


Según un artículo de NewScientist, existe un límite de tamaño natural:

Cuando los agujeros negros en el corazón de las galaxias aumentan hasta 50 mil millones de veces la masa de nuestro sol, pueden perder los discos de gas que utilizan como feedlots cósmicos.

La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Alrededor de esta hay una región del espacio donde el gas se deposita en un disco en órbita. El gas puede perder energía y caer hacia adentro, alimentando el agujero negro. Pero se sabe que estos discos son inestables y propensos a desmoronarse en estrellas.

Pero hubo indicios de observación de que tal límite debería existir. En 2008, un grupo independiente liderado por Priya Natarajan de la Universidad de Yale y Ezequiel Treister de la Universidad de Concepción en Chile consideró la cantidad de agujeros negros que se alimentaban en el universo temprano y el gas libre disponible para tragar en los últimos tiempos.

Dada la cantidad de agujeros negros que se han comido desde los albores del universo, argumentaron, los más codiciosos podrían haber crecido hasta un tamaño de aproximadamente 50 mil millones de masas solares.

Entonces esto realmente equivale a un argumento semántico. El límite superior no sería un límite físico (si de alguna manera pudieras unir dos de estos gigantes de 50 mil millones de masas, se fusionarían para formar una de 100 mil millones de masas solares), sino una de las que llamaré "oportunidad de comer". Eventualmente, un agujero negro se comerá todo el gas a una distancia accesible y ya no podrá crecer.


¿Qué tan grande puede llegar a ser un agujero negro? ¿Existe un límite?

Si por "grande" te refieres a la extensión espacial, no hay forma de responder a esta pregunta.

El agujero negro en sí es una singularidad, lo que significa que no tiene volumen alguno. Por lo tanto, el tamaño de los agujeros negros se mide principalmente por el radio de su horizonte de eventos (o Radio de Schwarzschild).

El tamaño del radio de Schwarzschild es proporcional a la masa del agujero negro. Dado que la masa de un agujero negro no tiene límite superior, el tamaño de la cotización de un agujero negro podría, teóricamente, ser arbitrariamente grande.

Dejemos que & # x27s comience con la respuesta trivial: un horizonte de sucesos de un agujero negro & # x27s no puede ser más grande que el universo, por lo que hay & # x27s un límite superior allí mismo. A continuación, dado que la materia en el universo parece estar agrupada en galaxias, y dado que el universo se está expandiendo, y dado que las distancias entre las galaxias son tan grandes que en el futuro incluso las galaxias vecinas se alejarán entre sí más rápido que la luz, eso parece Ponga el límite superior de la masa de los agujeros negros en aproximadamente el equivalente a la masa de una galaxia o varias, por lo que existe otro límite superior que no parece ser rompible con nuestra comprensión actual del universo.

En cuanto al límite teórico, dado que la tasa de disipación de los agujeros negros es inversamente proporcional al radio de su horizonte de sucesos, no debería haber ningún límite teórico, salvo algunas físicas desconocidas que aún no se han descubierto.

El agujero negro en sí es una singularidad, lo que significa que no tiene volumen alguno.

Me gustaría decir algo, ¿no es esto un poco inexacto? ¿No es sólo una singularidad para un observador externo, pero dentro de la distorsión de la variedad de Riemann debería ser capaz de concebir una métrica significativa? Por lo tanto, no tiene un volumen definible desde el exterior (espacio normal), pero dentro del & quot; límite no cruzable de la distorsión del colector R & quot; ¿aún podría tener una métrica de volumen significativa?

Estoy realmente curioso, porque si bien puedo ver que tiene 0 volumen, al mismo tiempo lo veo como una simplificación.

Esto parece una buena información, ya que son prácticamente los dos primeros párrafos de la wiki sobre los agujeros negros, pero como profano, todavía estoy interesado en la pregunta de operaciones de cuán grandes pueden llegar a ser. ¿Existen limitaciones o anomalías? O tal vez, ¿cuál es el agujero negro más grande que se ha observado? ¿Qué hace que un agujero negro sea supermasivo? Y sobre este tema, ¿tiene algún sentido mencionar la esfera de fotones?

El agujero negro en sí es una singularidad.

La definición común de & quot; agujero negro & quot es algo así como & quot, esa región del espacio-tiempo de la que nada puede escapar & quot. Aparte de esa objeción de vocabulario, su respuesta final es correcta.

¿Existe una razón matemática por la que un agujero negro es una singularidad o todavía existe la posibilidad de que un agujero negro tenga volumen, pero no es mensurable debido a la naturaleza no observable del horizonte de sucesos?

Sí, esta es básicamente la respuesta. La relatividad general no impone límites al tamaño de un agujero negro.

Podría haber algún límite práctico basado en la distribución de la materia en el universo, es decir, dada la expansión del universo y la expansión, tal vez no haya una concentración de materia mayor que, digamos, un cúmulo de galaxias que alguna vez voluntad acercarse lo suficiente para formar un agujero negro. Pero no es realmente un límite fundamental.

¿Es posible que un agujero negro & # x27swollow & # x27 por sí mismo?

¿Una singularidad? ¿Como la & quotsingularidad & quot que existía antes del Big Bang?

El límite superior de un agujero negro es el horizonte cósmico. Un agujero negro no puede ser más grande que el horizonte cósmico porque se combinan en diferentes direcciones.

El horizonte cósmico es el resultado de la energía oscura, y esto no debería sorprendernos. Otra forma de redactar mi respuesta es que la energía oscura limita el tamaño de los agujeros negros. Esto tiene sentido porque la energía oscura trabaja (un poco) para alejarlo de un agujero negro si está cayendo en él. Esta fuerza de energía oscura (más exactamente, aceleración), reduce el diámetro del horizonte de sucesos del agujero negro y # x27s.

Prácticamente, tuvimos un Big Bang y la materia se distribuyó de manera más o menos uniforme a gran escala en el universo primitivo. La relatividad general se vuelve cobarde a esta escala, ya que estamos en un espacio Anti-De-Sitter (creo). Si la materia estuviera perfectamente distribuida de manera uniforme, no existirían agujeros negros. Por supuesto, pequeñas fluctuaciones en la distribución de la materia llevaron al universo a desarrollar una estructura, y los agujeros negros son una consecuencia de esta estructura. Con el tiempo estas inhomogeneidades crecen y si no hubiera energía oscura, los agujeros negros se consolidarían hasta dominar todo el universo. Recuerda, densidad de un agujero negro disminuye con el tamaño. Entonces, cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero negro resultante ocupa más volumen. Luego se deduce que con más fusiones, ocuparán cada vez más espacio, dejándonos menos espacio.

Para agregar más detalles, los agujeros negros pueden fusionarse con el horizonte cósmico y lo hacen. Yo digo que se "quotsuck" en diferentes direcciones, pero también lo hacen dos agujeros negros ordinarios. Necesita aplicar algunos trucos de orientación para fusionar la idea del horizonte cósmico con otros agujeros negros. Imagínese acostado y mirando al cielo. Si puede ver las copas de los árboles en 180 grados a su alrededor, entonces se dará cuenta de que & quothorizon & quot es en realidad un círculo. Esto se debe a que su propia visión es una geometría esférica no euclidiana. Los agujeros negros deforman el espacio, de manera similar a como lo hace la energía oscura. A medida que el agujero negro más grande cerca de usted crece a un tamaño comparable al horizonte cósmico, sucede algo aún más extraño: ambos comienzan a comportarse de manera similar. El universo mismo se convierte en nada más que una delgada franja entre dos horizontes.

En el destino de nuestro universo, la consolidación y el crecimiento de los agujeros negros competirán con el tamaño cada vez menor de nuestro horizonte cósmico. Puede leer un relato de esto de un verdadero experto en la respuesta aceptada aquí:

Incluso si alguien comprende bastante bien la relatividad general (como me gustaría contarme a mí mismo), es posible que no comprenda la concepción global de la relatividad general como es relevante para el universo temprano o la eventual muerte del universo. Esto implica algunos niveles adicionales de complejidad y es extremadamente teórico, además de filosófico.

Pero, por favor, lea sobre el tema. El destino del universo es también el destino de tus átomos.


El límite de cuán grandes pueden crecer los agujeros negros es asombroso

Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias son los objetos más masivos del universo; el que está en el medio de nuestra Vía Láctea pesa tan solo 4 millones de soles, y los astrónomos han descubierto ejemplos que pesan miles de millones de soles. Pero, ¿qué tan grandes pueden crecer? Un astrofísico dice que hay un límite: 50 mil millones de soles que hacen lagrimear los ojos. Un agujero negro crece al alimentarse de un disco de acumulación de gas y polvo que orbita a su alrededor (en la imagen). La fricción en el disco hace que el material se desplace hacia adentro hasta que sucumbe a la gravedad del agujero negro y es tragado. Este proceso calienta el gas a temperaturas enormes para que brille y los agujeros negros muy codiciosos hacen que el gas sea tan brillante que se puede ver a lo largo del universo como un cuásar. Pero los agujeros negros extremadamente masivos pueden causar inestabilidades en sus discos de acreción que hacen que el gas y el polvo colapsen para formar estrellas, que son mejores para evadir la gravedad del agujero negro. Como informan los investigadores en línea este mes en el Avisos mensuales Cartas de la Royal Astronomical Society, un agujero negro tan grande como 50 mil millones de soles probablemente hará que todo su disco de acreción se agrupe en estrellas y, por lo tanto, no tenga nada más de qué alimentarse, deteniendo su crecimiento. Hay algo de esperanza para estos gigantes cósmicos: todavía pueden crecer tragándose otros agujeros negros supermasivos.

Daniel Clery

Daniel es CienciasCorresponsal principal en el Reino Unido, que cubre historias de astronomía, física y energía, así como de política europea.


Los astrónomos descubren el límite de masa superior para los agujeros negros

Según una nueva investigación dirigida por un astrofísico de la Universidad de Yale, parece haber un límite superior para el tamaño de los agujeros negros más masivos del universo.

Una vez considerados objetos raros y exóticos, ahora se sabe que existen agujeros negros en todo el universo, y los más grandes y masivos se encuentran en los centros de las galaxias más grandes. Se ha demostrado que estos agujeros negros "ultramasivos" tienen masas de mil millones de veces la de nuestro propio Sol. Ahora, Priyamvada Natarajan, profesor asociado de astronomía y física en la Universidad de Yale y miembro del Instituto Radcliffe de Estudios Avanzados, ha demostrado que incluso el más grande de estos monstruos gravitacionales no puede seguir creciendo para siempre. En cambio, parecen frenar su propio crecimiento, una vez que acumulan alrededor de 10 mil millones de veces la masa del Sol.

Estos agujeros negros ultramasivos, que se encuentran en los centros de galaxias elípticas gigantes en enormes cúmulos de galaxias, son los más grandes del universo conocido. Incluso el gran agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, es miles de veces menos masivo que estos gigantes. Pero estos gigantescos agujeros negros, que acumulan masa al absorber la materia del gas, el polvo y las estrellas vecinos, parecen incapaces de crecer más allá de este límite, independientemente de dónde y cuándo aparezcan en el universo. "No solo está sucediendo hoy", dijo Natarajan. "Se apagan en todas las épocas del universo".

El estudio, que aparecerá en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), representa la primera vez que se ha derivado un límite de masa superior para los agujeros negros. Natarajan usó datos ópticos y de rayos X existentes de estos agujeros negros ultramasivos para mostrar que, para que esas diversas observaciones sean consistentes, los agujeros negros deben esencialmente apagarse en algún momento de su evolución.

Una posible explicación presentada por Natarajan es que los agujeros negros eventualmente llegan al punto en que irradian tanta energía a medida que consumen su entorno que terminan interfiriendo con el mismo suministro de gas que los alimenta, lo que puede interrumpir la formación de estrellas cercanas. Los nuevos hallazgos tienen implicaciones para el estudio futuro de la formación de galaxias, ya que muchas de las galaxias más grandes del universo parecen coevolucionar junto con los agujeros negros en sus centros.

"Se han acumulado pruebas del papel clave que desempeñan los agujeros negros en el proceso de formación de galaxias", dijo Natarajan. "Pero ahora parece que probablemente sean las prima donnas de esta ópera espacial".


Establecer límites a la gula de los agujeros negros

Por: Allen Zeyher 15 de enero de 2016 3

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Los agujeros negros pueden tener un límite a la cantidad que pueden comer a la vista del público.

Representación artística de un agujero negro supermasivo. El agujero negro en sí es oscuro, pero estas bestias pueden verse a través del universo observable por la luz emitida por los discos de acreción que las alimentan.
NASA / JPL-Caltech

Incluso el agujero negro más glotón llega a un punto en el que se aleja de la fila de bufetes públicos, prefiriendo en cambio tomar sus delicias a escondidas.

El límite de glotonería de un agujero negro es de alrededor de 50 mil millones de veces la masa del Sol, según cálculos de Andrew King (Universidad de Leicester, Reino Unido, y Universidad de Ámsterdam, Países Bajos). Por un razonamiento engañosamente simple publicado en el 11 de febrero Avisos mensuales Cartas de la Royal Astronomical SocietyKing muestra que una vez que un agujero negro alcanza esta masa, el disco de gas que actuó como buffet de cena del agujero negro comienza a desmoronarse, colapsando bajo su propio peso en estrellas.

El disco gaseoso que alimenta los agujeros negros en crecimiento es lo que nos permite ver estos objetos oscuros, incluso desde un universo distante de menos de mil millones de años. Quite el gas y le quita la luz visible y ultravioleta que indica el atiborrado de un agujero negro.

"Si el agujero negro es muy masivo, entonces el disco de gas tendría que ser correspondientemente grande y masivo", explica Zoltan Haiman (Universidad de Columbia). "La idea principal en el artículo de King es que por encima de cierta masa, el gas en un disco de este tipo sería gravitacionalmente inestable, es decir, colapsaría en grupos bajo su propio peso, antes de que el gas pueda canalizarse hacia el interior del agujero negro".

En otras palabras, incluso la inmensa atracción gravitacional de un agujero negro de 50 mil millones de masas solares no puede superar la autogravedad que aglutina la materia circundante.

“Encuentro esta idea muy convincente”, dice Haiman.

Pero eso no quiere decir que el agujero negro deje de crecer por completo. Solo tiene que devorar masa en secreto, sin emitir luz. Puede ocurrir que una estrella caiga directamente en ella, se la trague entera o se fusione con otro agujero negro.

Los astrónomos han encontrado agujeros negros con masas de alrededor de 10 mil millones de soles, cerca del límite teórico de King, pero los han encontrado buscando la baliza de luz del disco de acreción. "El límite de masa significa que este procedimiento no debería generar masas mucho más grandes que las que conocemos, porque no habría un disco luminoso", dijo King en un comunicado de prensa.

Sin embargo, es posible que gigantes aún más grandes puedan sentarse en silencio en los centros galácticos cercanos. Para encontrarlos, los astrónomos tendrán que recurrir a medios de detección más indirectos, como lentes gravitacionales.


¿Existe un límite para el tamaño de un agujero negro? - Astronomía

¿Cuál es el tipo de materia que constituye un agujero negro? ¿O es algo importante? Si el material superdenso se comprime continuamente, ¿dónde termina finalmente? Seguramente debe haber un límite o ¿se comprime en energía?

La materia que cae en un agujero negro no es diferente de la materia que forma el resto del universo. Sin embargo, la física, tal como la entendemos actualmente, se descompone en el centro de un agujero negro.

Creemos que entendemos lo que sucede en la gravedad extrema (eso es la Relatividad General), y creemos que entendemos lo que sucede a escalas microscópicas (eso se llama Mecánica Cuántica / Física), pero si las dos se combinan, las teorías se rompen y no tenemos idea de lo que es. pasando.

Sólo una teoría de la gravedad que sea compatible con la mecánica cuántica (a menudo llamada gravedad cuántica) podría describir la física "dentro" de un agujero negro. Actualmente, no existe tal teoría a pesar de que varios físicos de todo el mundo están trabajando en ella. Hasta que ellos (u otros) encuentren una respuesta, no sabremos qué existe en el centro de un agujero negro.

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

Sobre el Autor

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep construyó un nuevo receptor para el radiotelescopio de Arecibo que funciona entre 6 y 8 GHz. Estudia máseres de metanol de 6,7 GHz en nuestra galaxia. Estos máseres ocurren en sitios donde están naciendo estrellas masivas. Obtuvo su doctorado en Cornell en enero de 2007 y fue becario postdoctoral en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. Después de eso, trabajó en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai como Becario Postdoctoral Submilimétrico. Jagadheep se encuentra actualmente en el Instituto Indio de Ciencia y Tecnología Espaciales.


Imágenes de agujeros negros

Los agujeros negros tienen una atracción casi mítica tanto para los laicos como para los científicos. Un agujero negro es un objeto tan masivo y compacto que la gravedad evita que se escape incluso la luz. El efecto gravitacional de un agujero negro en objetos cercanos proporciona evidencia indirecta convincente de que existen, pero la prueba definitiva aún no ha llegado: una imagen directa del "punto negro".

En la página 160 de este número, Cash et al. 1 presento la primera demostración de laboratorio de un interferómetro de rayos X que será útil para los astrónomos. Su enfoque hará que sea mucho más fácil lograr la resolución angular de 0,1 a 1,0 microarcsegundos necesaria para obtener una imagen de rayos X de los agujeros negros en el centro de las galaxias cercanas. Los astrónomos dividen el cielo en grados angulares, de modo que 90 ° es la distancia desde el horizonte a un punto directamente arriba (hay 60 minutos de arco en un grado y 60 segundos de arco en un minuto). Además de satisfacer nuestra curiosidad sobre cómo es la región que rodea un agujero negro, este avance nos permitirá observar directamente los efectos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein bajo los campos de gravedad más extremos conocidos. También proporcionará una herramienta formidable que abrirá nuevas perspectivas sobre una amplia gama de fenómenos astronómicos.

La banda de rayos X es el principal terreno de caza para encontrar y estudiar agujeros negros, como lo demuestra el primer "candidato a agujero negro" genuino, Cygnus X-1, una fuente de rayos X descubierta en la década de 1960. Los rayos X brillantes son el resultado de la liberación de grandes cantidades de energía gravitacional cuando el agujero negro atrae material de una estrella cercana o dentro de su galaxia anfitriona. Este material forma un disco giratorio en órbita que cae hacia el agujero negro, muy parecido al flujo de agua por un desagüe (Fig. 1). Cerca del "horizonte de sucesos", el borde teórico de un agujero negro dentro del cual nada puede escapar, la fricción sobrecalienta el material a muchos millones de kelvin, que en su mayoría se irradian como rayos X. La fuerte gravedad del agujero negro provoca distorsiones del espacio-tiempo que quedan impresas en los rayos X emergentes. Las observaciones de agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias cercanas ya han revelado esta firma en las características espectrales de los rayos X 2.

Arriba, una imagen del Telescopio Hubble del núcleo de la galaxia M87, donde es probable que resida un agujero negro con una masa tres mil millones de veces la del Sol. Abajo, una simulación de cómo se vería el agujero negro 3 si estuviera mirando hacia abajo en un disco de material girando alrededor del agujero. El tamaño angular que subtiende el horizonte de sucesos del agujero negro en el cielo es de entre 3 y 6 microsegundos de arco, dependiendo de si el agujero negro está rotando al máximo o no.

Aumentar la resolución angular de los telescopios es uno de los principales objetivos de la astronomía, pero nunca es fácil. Incluso el telescopio con la forma más perfecta está limitado en última instancia por el tamaño de su apertura, también conocido como límite de difracción. Esto viene dictado por la longitud de onda de la luz entrante dividida por el diámetro del telescopio. Cuanto más grande sea el telescopio, mejor será la resolución angular que puede lograr. El telescopio espacial Hubble tiene un diámetro de 2,4 metros con una resolución angular de 0,1 segundos de arco, que está cerca del límite de difracción. Lograr una resolución de microarcsegundos requeriría un aumento de 100,000 veces en el diámetro del telescopio Hubble a 240 kilómetros.

Afortunadamente, existe una manera de lograr tal resolución sin construir telescopios increíblemente grandes. Un interferómetro combina la luz de varios telescopios pequeños para crear una imagen con una resolución como si procediera de un telescopio mucho más grande. Las ondas de luz de cada telescopio interfieren entre sí para crear franjas de interferencia (bandas de baja y alta intensidad), que pueden transformarse nuevamente en imágenes reales dentro de una computadora. Para los interferómetros en la mayoría de las longitudes de onda, la distancia entre los telescopios reemplaza el diámetro del telescopio para determinar el límite de difracción. Los radioastrónomos utilizaron por primera vez esta técnica para obtener grandes ganancias en resolución angular con separaciones de telescopios que abarcan continentes e incluso en el espacio.

Los telescopios de rayos X en general son difíciles de construir porque los rayos X se reflejan solo en un ángulo muy poco profundo con respecto a la superficie óptica (1 grado o menos), lo que se conoce como incidencia rasante. Para obtener un enfoque verdadero, deben reflejarse dos veces desde superficies hiperbólicas y parabólicas construidas con precisión. Estas superficies son, en efecto, cilindros encajados que son costosos de moldear con la precisión requerida. Para complicar aún más las cosas, los telescopios de rayos X deben colocarse en el espacio, porque los rayos X no penetran en la atmósfera de la Tierra. El Observatorio de rayos X Chandra, lanzado recientemente, es el más avanzado en imágenes de rayos X, cuya construcción costó varios cientos de millones de dólares estadounidenses por sí sola. Chandra logra una impresionante resolución de aproximadamente 0,5 segundos de arco, pero aún está lejos del límite de difracción. Construir un telescopio de rayos X de difracción limitada, y mucho menos un interferómetro de rayos X capaz de obtener imágenes del caldero que rodea un agujero negro, siempre ha parecido un sueño lejano.

Dinero en efectivo et al. Tomo lo que al principio parece ser una desventaja, que los rayos X se reflejan solo en ángulos poco profundos, y lo convierto en una ventaja. En lugar de usar ópticas costosas y con figuras precisas para enfocar los rayos X, en su lugar usan dos juegos de espejos planos más fáciles de hacer para dirigir los rayos X entrantes juntos para crear franjas de interferencia. Se crea una imagen bidimensional combinando muchos conjuntos de estas franjas tomadas en diferentes ángulos de rotación. Debido a que los rayos X se reflejan en ángulos poco profundos, las variaciones permitidas en la posición de los espejos planos son aproximadamente 100 veces mayores que para un espejo tradicional (incidencia normal) que opera a la misma longitud de onda. Si colocaras un detector de rayos X a 500 kilómetros detrás de los espejos, las franjas se verían amplificadas por la distancia, por lo que podrían medirse con los detectores que existen en la actualidad.

Sin embargo, todavía existen algunos obstáculos tecnológicos. Incluso a longitudes de onda de rayos X muy cortas, se necesita una separación del telescopio de 100 a 1000 metros para lograr la resolución angular requerida. Esto requeriría una flota de hasta 33 naves espaciales con espejos ópticos, volando en formación con una precisión espacial de 20 nanómetros, más una nave espacial detectora a 500 kilómetros detrás del espejo. Esto es abrumador para los estándares actuales, pero probablemente no más que las misiones que están considerando las agencias espaciales estadounidenses y europeas (NASA y ESA), como el interferómetro espacial infrarrojo de Darwin, que podría buscar planetas del tamaño de la Tierra fuera de nuestro Sistema Solar. Una misión "pionero" para construir un interferómetro de rayos X con una separación de un metro entre los telescopios, de modo que la óptica de rayos X esté en una sola nave espacial, es un primer paso razonable. Esto ya está siendo estudiado en la NASA, utilizando la técnica de Cash y sus colegas como diseño inicial (Fig. 2). El Pathfinder sería un precursor de una Misión de Imágenes de Rayos X de Microarcsegundos (MAXIM) mucho más grande requerida para obtener imágenes de un agujero negro. Pero incluso como primer paso, el Pathfinder proporcionaría una impresionante mejora 1000 veces superior al Observatorio de rayos X Chandra, lo que permitiría a los astrónomos estudiar las coronas de otras estrellas.

Así es como el instrumento desarrollado por Cash et al. 1 en el laboratorio se ampliaría para hacer un telescopio espacial práctico. Ya se está considerando una misión en la NASA para un lanzamiento alrededor de 2015 y proporcionará una resolución angular 1,000 veces mayor que el Observatorio de rayos X Chandra recientemente lanzado.


Más de 20 datos espléndidos sobre los agujeros negros

Hecho 1: La fuerza de la gravedad es tan alta en los agujeros negros que provoca una dilatación del tiempo gravitacional. Este es un fenómeno en el que el tiempo se ralentiza debido a la atracción gravitacional. Un hecho interesante es que la dilatación del tiempo también puede ocurrir cuando aumenta la velocidad, generalmente experimentada por los astronautas. Esto se conoce como "dilatación del tiempo de velocidad".

Hecho 2: ¡Los agujeros negros poseen un horizonte de sucesos! Un horizonte de eventos se refiere a la región alrededor de un agujero negro más allá de la cual un objeto sería succionado bajo la influencia de la alta fuerza de atracción gravitacional que reside en los agujeros negros. Los objetos en el límite de este horizonte son perfectamente seguros, pero exceder el límite entrega al cuerpo a la gran fuerza de la atracción gravitacional.

Hecho 3: Los agujeros negros tienen una densidad muy alta. Podrías imaginarlo como tratando de encajar la Tierra en una pequeña esfera de unos 9 milímetros de diámetro. La masa está compactada dentro de un espacio increíblemente pequeño. Por tanto, la densidad, siendo la masa por unidad de volumen de espacio, es muy alta.

Hecho 4: Los agujeros negros siguen creciendo porque cualquier cosa (líquido, gas o materia sólida) que cruza el horizonte de sucesos es absorbida. Por lo tanto, los agujeros negros tienen el potencial de crecer infinitamente y se conocen como agujeros negros supermasivos cuando han absorbido una cantidad insignificante de materia. en comparación con otros agujeros negros.

Hecho 5: Stephen Hawking teorizó que los agujeros negros pierden su masa en forma de radiaciones y después de un período de pérdida constante de masa como radiación, eventualmente se evaporan.

Hecho 6: Los agujeros negros se encogen a un tamaño más pequeño que el tamaño de un electrón (una partícula subatómica). En esta etapa, alcanza un tamaño conocido como Longitud de Planck (1,62 x 10 -35 m). Esta longitud es el límite de tamaño cuántico. En teoría, ningún objeto puede ser más pequeño que este y no hay ningún instrumento que pueda medir.

Hecho 7: El horizonte de eventos es solo el límite del Agujero Negro, no el núcleo del Agujero Negro. El núcleo del Agujero Negro se conoce como "Singularidad". El punto de Singularity es el punto de destrucción final, nada escapa intacto. ¡Absolutamente nada puede sobrevivir en ese momento!

Hecho 8: A medida que uno se acerca a un Agujero Negro, las cosas simplemente se distorsionan. La inmensa atracción gravitacional de los Agujeros Negros tiene la capacidad de distorsionar el espacio mismo. Esta distorsión es profunda porque los agujeros negros giran rápidamente, no es más que una regresión infinita de distorsiones.

Hecho 9: Las estrellas giran y continúan haciéndolo incluso después de su muerte. Esto indica que siguen girando incluso después de convertirse en Agujeros Negros. El agujero negro resultante sigue girando cada vez más rápido a medida que se evaporan y finalmente se encogen a la longitud de Planck. Incluso cuando alcanzan la longitud de Planck, siguen girando. El giro y la fuerza gravitacional increíblemente alta, por lo tanto, distorsionan todo lo que los rodea (objetos dentro del horizonte de eventos).

Hecho 10: Los científicos espaciales han postulado que cualquier cosa que pueda viajar más rápido que la velocidad de la luz (3 x 10 8 ms -1) ¡puede escapar del agujero negro! Sin embargo, ningún objeto debe superar la velocidad de la luz.

Hecho 11: Existe una relación directamente proporcional entre el tamaño y la masa de un agujero negro. Sin embargo, intentar medir el tamaño de un agujero negro podría ser un ejercicio inútil. Por lo tanto, un método alternativo para obtener la medición se conoce como "radio de Schwarzschild".

Hecho 12: El agujero negro más cercano a la Tierra se encuentra a unos 16 billones de kilómetros de distancia. Esto equivale a unos 1.600 años luz (un año luz equivale a la distancia que viaja la luz en un año solar medio).

Hecho 13: Hay un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea (es decir, la galaxia a la que pertenece nuestro sistema solar). El agujero negro se conoce como "Sagitario A *". El punto de una singularidad de Sagitario Una estrella tiene una masa equivalente a la masa de 4 millones del sistema solar. El agujero negro se encuentra a una distancia segura de aproximadamente 30.000 años luz de nosotros en la Tierra.

Hecho 14: El Agujero Negro en el centro de nuestra Vía Láctea (Sagitario A *), según los científicos espaciales, cobró vida después de que una estrella explotó hace unos 2 millones de años. Ese evento se conoce como "Seyfert Flare".

Hecho 15: Las radiaciones de la llamarada Seyfert hace unos 2 millones de años eran unas 100 millones de veces más potentes que la radiación restante que experimentamos hoy. ¡Los científicos creen que la explosión debe haber sido tan grande que en realidad era visible desde la Tierra!

Hecho 16: It has been discovered that contrary to popular opinion, the black hole does not only suck but have the ability to emit materials. The speed of emission is about the same as the speed of light (about 3 x 10 8 m/s)

Fact 17: A typical example of an emitting black hole was sighted by scientists at a distance of about 1.5 billion light-years from Earth. However, it is not located within our galaxy. The discovery was made using an array of advanced radio telescopes. The telescopes are so powerful to the extent that materials emitted by the Black Hole were blown right out of the galaxy.

Fact 18: A recent study by space scientists revealed that even the supermassive Black Hole living at the heart of our galaxy- Sagittarius A*- emits material too. These emitted materials are energetic particles shot out in space along the spin axis of the Black Hole creating an impression of a straight beam right through the center of the Black Hole.

Fact 19: Black holes look much more like spheres than funnels (as commonly illustrated in most textbooks).

Fact 20: Whenever an object or body crosses the event horizon of a black hole, it is not crushed but stretched under the intense force of gravity present in the black hole. Interestingly, this stretching process is referred to as ‘spaghettification’.

Fact 21: Black holes are not exactly the same. There are three major classes into which black holes can be classified based on the amount of energy exerted by blackholed when they distort space i.e Electrical black holes, Simple spinning black holes and Spinning electrical black holes.

Fact 22: Static sounds can be detected around the event horizon of black holes. The sound could be attributed to the immense gravitational pull which breaks down particles in the black holes environs traveling at the speed of light!

Fact 23: Life-supporting elements such as Iron and Carbon are believed to be produced from objects broken into sub-atomic particles in the event horizon of a black hole.

Fact 24: Contrary to popular belief that Albert Einstein was the developer of the theory of black holes, Pierre-Simon Laplace (1796) and John Mitchell (1783) were the first people to propose the concept of ‘dark stars’.

They described black holes as objects which when compressed into a small radius would exhibit an escape velocity which exceeds the speed of light. However, John Wheeler, in the 20th century, coined the term ‘black hole’ and described it as an object which absorbs all the light reaching it without reflecting any portion.

  • Black holes. Retrieved from: https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes
  • Black holes: Facts, Theory & Definition. By Nola Taylor Redd (2017, October, 20). Retrieved from: https://www.space.com/15421-black-holes-facts-formation-discovery-sdcmp.html

About Sonia Madaan

Sonia Madaan is a writer and founding editor of science education blog EarthEclipse. Her passion for science education drove her to start EarthEclipse with the sole objective of finding and sharing fun and interesting science facts. She loves writing on topics related to space, environment, chemistry, biology, geology and geography. When she is not writing, she loves watching sci-fi movies on Netflix.


Astronomers find ancient black hole the size of 12 billion suns

Washington: Astronomers have spotted an object of almost impossible brightness about 12.8 billion light years away - the most luminous object ever seen in such ancient space.

It's from just 900 million years after the big bang, and the old quasar - a shining object produced by a massive black hole - is 420 trillion times more luminous than our sun.

An artist's impression of a black hole. Crédito: NASA

That brightness and size are surprising in a black hole from so close to the dawn of time.

In a new study published in Naturaleza on Wednesday, researchers describe a cosmic light that defies convention. It was even detectable with a relatively small telescope, though researchers in China did have to ask for help from astronomers in Chile and the United States to get a higher-resolution look.

The discovery challenges currently held theories that black holes and their host galaxies grew in relative lockstep over the aeons.

Found within the distant celestial bodies called quasars, black holes are regions of space so dense with matter that not even light can travel fast enough to escape their gravitational pits. Black holes are detected by effects they have on nearby galaxies, stars and dust.

The newly found black hole contains the equivalent of about 12 billion suns, more than twice the mass of previously found black holes of similar age, said researcher Bram Venemans with the Max Planck Institute for Astronomy in Germany.

By comparison, the black hole lurking at the centre of the Milky Way galaxy is about 4 million to 5 million times the mass of the sun.

"How could we have this massive black hole when the universe was so young? We don't currently have a satisfactory theory to explain it," said lead author Xue-Bing Wu, of Peking University and the Kavli Institute of Astronomy and Astrophysics.

For the black hole to grow to such a staggering size in less than a billion years, it must have been pulling in interstellar mass from its surroundings at the maximum rate the whole time, the astronomers suggest.

Even so, the radiation of the quasar formed by the black hole should have started to limit that mass accumulation before such a size was reached.

So there are puzzles left to be solved. But for now, Professor Wu said, his team is using the brilliant quasar as a beacon to find other space objects.

"Just like a lighthouse sitting in a dark, distant universe, it gives us a chance to see things in between our own planet and the black hole by illuminating them," he said.

"It provides a unique chance to understand things between the distant galaxy and ours."

Professor Wu and his team have many follow-up observations planned for the coming year, including projects using space telescopes such as Hubble to get an even better look at things in and near this impressive quasar's galaxy.


2 respuestas 2

The accretion of matter onto a compact object cannot take place at an unlimited rate. There is a negative feedback caused by radiation pressure.

If a source has a luminosity $L$, then there is a maximum luminosity - the Eddington luminosity - which is where the radiation pressure balances the inward gravitational forces.

The size of the Eddington luminosity depends on the opacity of the material. For pure ionised hydrogen and Thomson scattering $ L_ = 1.3 imes 10^ <31>frac> W$

Suppose that material fell onto a black hole from infinity and was spherically symmetric. If the gravitational potential energy was converted entirely into radiation just before it fell beneath the event horizon, the "accretion luminosity" would be $L_ = frac>frac

,$ where $M_$ is the black hole mass, $R$ is the radius from which the radiation is emitted (must be greater than the Schwarzschild radius) and $dM/dt$ is the accretion rate.

If we say that $L_ leq L_$ then $ frac

leq 1.3 imes10^ <31>frac<>>> frac<>> simeq 10^<11> R kg/s sim 10^ <-3>frac> M_/yr$

Now, not all the GPE gets radiated, some of it could fall into the black hole. Also, whilst the radiation does not have to come from near the event horizon, the radius used in the equation above cannot be too much larger than the event horizon. However, the fact is that material cannot just accrete directly into a black hole without radiating because it has angular momentum, an accretion disc will be formed and voluntad radiate away lots of energy - this is why we see quasars and AGN -, thus both of these effects must be small numerical factors and there is some maximum accretion rate.

To get some numerical results we can absorb our uncertainty as to the efficiency of the process and the radius at which the luminosity is emitted into a general ignorance parameter called $eta$, such that $L_ = eta c^2 frac

$ i.e what fraction of the rest mass energy is turned into radiation. Then, equating this to the Eddington luminosity we have $frac
= (1-eta) frac<1.3 imes10^<31>> frac>$ which gives $ M = M_ <0>exp[t/ au],$ where $ au = 4 imes10^ <8>eta/(1-eta)$ years (often termed the Salpeter (1964) growth timescale). The problem is that $eta$ needs to be pretty big in order to explain the luminosities of quasars, but this also implies that they cannot grow extremely rapidly. I am not fully aware of the arguments that surround the work you quote, but depending on what you assume for the "seed" of the supermassive black hole, you may only have a few to perhaps 10 e-folding timescales to get you up to $10^<10>$ solar masses. I guess this is where the problem lies. $eta$ needs to be very low to achieve growth rates from massive stellar black holes to supermassive black holes, but this can only be achieved in slow-spinning black holes, which are not thought to exist!

A nice summary of the problem is given in the introduction of Volonteri, Silk & Dubus (2014). These authors also review some of the solutions that might allow Super-Eddington accretion and shorter growth timescales - there are a number of good ideas, but none has emerged as a front-runner yet.



Comentarios:

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