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¿Se detecta el nacimiento de agujeros negros?

Cuando una estrella masiva muere en una explosión de supernova, deja un núcleo compacto.
Tan compacto es ese objeto, que sus electrones y protones de unen en neutrones, queda entonces una estrella de ese tipo.
Por conservación del momento angular, ese objeto compacto gira vertiginosamente, como el patinador cuando junta sus brazos al cuerpo mientras rota sobre sus patines.
Con tamaños comparables al de una luna o planeta menor, giran varias veces por segundo, los hay con rotaciones de miles de veces por segundo (imaginemos una pelota de 3 Kms. girando a mil veces por segundo). Suelen quedan como magnetares, que son objetos de gran campo magnético asociado a su rápida rotación a través de algo parecido a un efecto similar a un dínamo. Incluso pueden mostrar emisiones en rayos X o Gamma (en alta energía) producto de materia que aún los rodea y cae en ellos.
Eso sucede porque esa materia autofricciona y se recalienta muchísimo antes de caer en esas estrellas de neutrones – magnetares. Incluso suelen mostrar emisiones direccionadas en conos de luz como un faro, de eso de trata los púlsares (Hipertextual, 23/mar./2016, ¿Qué es una estrella de neutrones?, S. Campillo, https://hipertextual.com/2016/03/estrellas-de-neutrones).

Luego, la autogravitación de esas estrellas de neutrones puede continuar con la contracción, si es que tienen la suficiente masa. En ese caso, la gravedad superficial aumentará por acercarse cada vez más al centro del objeto, hasta que sea tan alta que no puede escapar ni la luz.
Nace así un agujero negro (AN), una región del espacio de donde no puede escapar ni la luz, o sea… nada, por ser la velocidad de la luz un límite físico. Incluso, el objeto central o estrella de Planck (en honor al padre de la Cuántica), puede ser menor que esa región por haber seguido contrayéndose y no lo notamos por no poder ver en el interior del AN. Estos objetos se caracterizan por su masa, carga eléctrica y rotación.

¿Qué es una estrella de neutrones?

Ilustración publicada en Hipertextual.

Pero de una estrella de neutrones a un AN, hay una transición.
Se han observado disminuciones en la actividad de rayos X y Gamma, seguidas de un abrupto decaimiento. Esto indicaría la disminución en su rotación y el final del funcionamiento de la “maquina central” del magnetar de gran masa, entre otras cosas.
De esta manera, estaría naciendo un AN. De estar en lo cierto, habría “avisos” naturales de los primeros días de existencia de un AN.

nuevoAN

Gráfico del flujo energético en el tiempo publicado en el trabajo de W. Chen et al.

El modelo indica que la disminución de la rotación del magnetar provoca la disminución o “meseta” de emisión de alta energía. En el nacimiento del AN, la actividad cae bruscamente. Luego, podría haber un aumento en energía de rayos X por acreción de materia remanente (incluso la generación de chorros de materia y energía) hasta que ese remanente desaparece.

Evidencias de este tipo, se observaron en la fuente de rayos gamma GRB 070110. Luego, si el modelo es correcto, ésta y otras fuentes similares, estarían señalando el nacimiento de nuevos AN.

Fuente:

pdp.

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Tratando de ver a un agujero negro.

Artículo actualizado el 6/jun./2017 a las 12:00 HOA (GMT -3).
Está el proyecto de registrar la imagen de Sag. A*, el agujero negro supermasivo del centro de la Vïa Láctea.
Cuando un objeto masivo colapsa, su superficie se acerca al centro y eso hace que si gravedad superficial aumente. Llega un momento que ni la luz puede escapar, a ese radio del objeto se lo llama horizonte de sucesos o radio de Schwarzschild (https://es.wikipedia.org/wiki/Radio_de_Schwarzschild).
Ahí nace el agujero negro (https://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro). Lo interesante, es que el objeto puede seguir colapsando y ser menor aún, pero eso no lo podemos ver por estar dentro del horizonte de sucesos.

La pregunta es ¿qué se piensa registrar si nada puede verse de él?.
Bien, el agujero negro, está rodeado de materia que cae en él a medida que lo orbita. Materia que cae en forma de espiral. En ese proceso, autofricciona, se recalienta y emite mucha energía. Eso es lo que se puede registrar, la energía que aparece en el límite del agujero negro.

El agujero negro (en realidad su vecindad) es muy activo en rayos X. Luego podría ser fotografiado en esas frecuencias, de hecho se hizo.
El problema es que el polvo del disco galáctico en cuyo centro se encuentra el agujero negro, no deja pasar mucha de esa energía y se pierde mucha información.
La energía infrarroja, o mejor, las radio ondas, tienen mayor longitud de onda (menor frecuencia) y eso atraviesa el polvo que hay en dirección al centro galáctico.
El problema es la resolución, el detalle fino de lo que se puede observar.
Eso depende de la longitud de onda observada y del tamaño (diámetro) del detector usado. En radio-ondas, las longitudes de onda y el tamaño de los radio-telescopios no permiten la resolución deseada pese a que los hay de gran tamaño.
La idea es vincular varios radio-telescopios en todo el Mundo. Eso es un “arreglo” de instrumentos que los hace funcionar como uno gigantesco y permitiría tener la resolución deseada.

Se espera “ver” la sombra del agujero negro recortada frente a la energía que lo rodea.

Testing general relativity using the black hole shadow.

Simulación de posibles formas de la sombra del agujero negro contra la energía que lo rodea – Crédito: D. Psaltis & A. Broderick.

Puede que su sombra sea esférica, aunque puede estar deformada por características del agujero negro. Puede ser prolada (imagen de la izquerda) u oblada (imagen de la derecha)

Fuente:

pdp.

 

 

Las variaciones de brillo del agujero negro HLX-1.

Recientemente se está hablando mucho de fotografiar un agujero negro (AN).
Si bien la luz no escapa de un AN, en sus vecindades hay emisiones de energía (luz) que se pueden registrar. Luego, no estaríamos viendo al AN, pero si a su entorno cercano.
El material que suele rodearlo, va cayendo en forma de espiral y autofricciona. Eso hace que se caliente y emita energía. A su vez, es materia y energía pueden superar la capacidad de absorción a través de la superficie del AN y desviarse hacia los polos, como envloviéndolo, colaborando con la producción de chorros bipolares de materia y energía (pdp, 20/12/2013, Primera aproximación a los chorros de materia relacionados con discos de acreción, https://paolera.wordpress.com/2013/12/20/primera-aproximacion-a-los-chorros-de-materia-relacionados-con-discos-de-acrecion/).

Eso es lo que podríamos ver de un AN.
Un ejemplo lo ofrece el AN de masa intermedia HLX-1.
Se encuentra relacionado a la galaxia ESO 243-49 en el cúmulo de galaxias Abell 2877 (Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/HLX-1).

File:ESO 243-49 (HST).jpg

Imagen de ESO 243-49 y HLX-1 (es el objeto azulado señalado por un círculo) publicada en Wikipedia. crédito NASA.

Está a unos 300 millones de años luz de casa con una masa de 20 mil soles. No se sabe si está orbitando a ESO 243-49 o si es una casual vinculación dentro de Abell 2877.

hlx-1

Imagen donde se aprecia la variación de brillo (visual) de HLX-1 publicada en el trabajo de R. Soria et al.

HLX-1, mostró variaciones de brillo desde 2010 (con magnitud absoluta visual de -11) a 2013 (con magnitud abslotuta visual de -10). Seguramente rodeado de un gran disco de acreción de materia, la mayor parte de la radiación se produce en el anillo más cercano al AN. Allí, variaciones del flujo de materia en forma de vientos hacen variar la producción de energía.

Fuente:

  • MNRAS 000, 1–22 (2017) Preprint 20 April 2017, Outbursts of the intermediate-mass black hole HLX-1: a wind instability scenario, Roberto Soria et al.
    https://arxiv.org/pdf/1704.05468.pdf

pdp.

El transitorio superluminoso ASASSN-15lh, no habría sido una supernova.

Para Julio del 2015, se detectaba el transitorio luminoso más conocido hasta la época (y hoy en día, septiembre del 2016), por lo que se lo tomó como un evento de supernova superluminosa.
Superando ampliamente a las supernovas previamente detectadas, este transitorio fue catalogado como ASASSN-15lh.
Recordemos que las supernovas brillan más que toda la galaxia hospedante; ésta superó esos valores cómodamente.
Pero hay ciertas cosas que ponen en duda a la naturaleza de esa tremenda fulguración.
Las supernovas superluminosas pobres en hidrógeno como ésta, se suelen dar en regiones de formación estelar en galaxias enanas, y ésta se dio en una galaxia luminosa con una formación estelar modesta. Además, hay indicios de gas muy ionizado en la dirección de la visual. Este transitorio, fue detectado en el centro (o muy cerca de él) de una galaxia “pasiva” donde no suelen haber estrellas muy masivas para producir fenómenos de supernovas superluminosas.
Luego, se complica el escenario para una supernova superliminosa.
La otra opción es la de un agujero negro, en este caso en el centro (o muy cerca de él) de la galaxia.

Star burst:  superluminous supernova ASASSN-15lh

La tremenda fulguración observada desde un sistema planetario cercano a ella. Ilustración del Beijing Planetarium/Jin Ma publicada en New Scientist.

Con una masa mayor a las 10^8 (100 000 000 ) masas solares, pudo desgarrar a una estrella de tipo solar. En tal caso, la materia de la estrella cae arremolinándose sobre el agujero negro. Autofricciona calentándose y produciendo la colosal fulguración observada. Más aún, luego del transitorio, se detectó actividad en el ultravioleta (algo quedó muy caliente) y sin indicios de material nebular; lo que sostiene más aún la idea de la estrella desgarrada por un agujero negro alejando la idea de la supernova superluminosa.

Referencia:

Fuente:

pdp.

B3 1715+425, un posible agujero negro solitario.

Cuando dos galaxias se fusionan, sus agujeros negros centrales danzan cada vez más rápido y cerca hasta que se unen. Luego, la radiación de energía en forma de ondas gravitatorias puede no ser igual en todas direcciones. En ese caso, el máximo irradiado en una dirección preferencial, hace que el agujero negro resultante salga empujado como un agujero negro en retroceso.
Puede abandonar la galaxia o bien puede adquirir una órbita estirada alrededor del centro de masas dela galaxia resultante; o sea, casi alrededor del centro de la galaxia.
En ambos casos, se observaría la radiación producida por un agujero negro desprovisto de la clásica materia a su alrededor. Energía nacida en el borde del agujero negro por la poca materia que lo rodea cayendo en él. Un agujero negro solitario y casi desnudo, solamente rodeado de algunas estrellas que lo siguen a manera de escombros galácticos.

La fuente de energía B3 1715+425, es muy potente para no ser un agujero. Es más, su galaxia hospedante ZwCl 8183, muestra poca materia para un agujero negro tan importante.

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Imagen publicada en el trabajo de J. J. Condon et al.. La Cruz señala el centro de la galaxia y el círculo señala al agujero negro solitario.

Todo indica que se trata de un agujero negro solitario, seguido de materia y estrellas que resultaron escoltarlo luego de la fusión de galaxias, devorando lo que encuentra a su paso, sin disco de materia de llegue a opacar la radiación resultante.
Si las galaxias fueron desmenuzadas por la mutua gravitación en un encuentro entre ellas, este agujero negro resultado de la unión de los de cada una, sufrió un retroceso y se encuentra en una órbita que lo aleja del centro galáctico antes que el sistema termine de fusionarse.

 

Fuente:

pdp.

¿LIGO detectó el nacimiento de un Gravastar?

El 14/11/2015, LIGO detectó la señal de ondas gravitacionales, cosa que se publicó el 11/02/2016. Todo indicaba que se trató de ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros.
Todo fue consistente con ese modelo.
Primero la frecuencia aumenta debido al acercamiento mutuo.
Luego hay un pico de intensidad y frecuencia en el momento de la fusión.
Finalmente una abrupta disminución de la intensidad debido al nacimiento del agujero negro final y su horizonte de sucesos; ese límite del que ni la luz puede salir.

gravastar

Ilustración crédito de Julian Stratenschulte/DPA/Corbis.

Pero resulta que hay otro modelo posible para obtener esta misma señal detectada.
Es posible que los agujeros negros “clásicos” no existan.
De hecho, la radiación Hawking, esa por la cual terminarían evaporándose por pérdida de masa y energía, podría detener el colapso si ésta se va dando durante la formación del agujero negro.
Aquí es donde nace el modelo de Gravastar. “Visto desde afuera”, tendría las mismas propiedades que un agujero negro, con emisiones en rayos X por la acreción de materia, pero sin horizonte de sucesos. En este objeto, la luz no queda atrapada en su interior sino que los fotones quedarían girando a su alrededor en “anillos de luz”.
Se trata entonces de un objeto compacto, sin horizonte de sucesos, resultado de no llegar a formarse un agujero negro clásico.
Si la señal detectada correspondiera a la formación de un Gravastar por fusión de otros dos objetos muy masivos, la diferencia con la correspondiente al nacimiento de un agujero negro estaría en el final de esa detección, cuando la señal es muy débil, luego de que LIGO ya podría no detectarla más.

Todo lo detectado es consistente con la formación de los dos tipos de objetos, aunque el modelo del agujero negro tiene más adeptos.

Referencias:

Fuente:

pdp.

El Teorema de la Calvicie (los agujeros negros no tienen pelos).

Los agujeros negros son simples. Así lo dice el Teorema de la Calvicie o Teorema del No Pelo [1].

El físico John A. Wheeler, dijo que los Agujeros Negros no tienen pelos, como una manera de decir que no entregan información ni muestran algo, ya que el estado de un agujero negro no depende de las características de la materia colapsada de la que se formó. O sea que, dado un agujero negro, no sabemos cómo era la materia de la que nació.
Esta expresión dio origen al Teorema de la Calvicie o del No Pelo.
En él, se demuestra la simplicidad de un agujero negro. Los aislados, sólo se caracterizan por su masa y su rotación (o momento angular), que es lo único que podemos ver de un agujero negro.

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APS/A. Stonebraker

Pero resulta que en la realidad, los agujeros negros no están aislados.
Suelen tener materia a su alrededor, la que al caer en ellos, alimentan chorros de materia de alta energía. La interacción entre esa materia y el agujero negro, originada en los límites del horizonte de sucesos, sería el pelo del agujero negro que se podría observar. Es más, esos discos de materia suelen producir distorsiones en ellos.
Esto pasa a completar los modelos de estos objetos, de tal forma que el teorema sigue valiendo incluso para los agujeros negros no aislados.
Así, siguen siendo simples, y se caracterizan por su masa, rotación y carga eléctrica; pero no sabremos las características de la masa de la que se originó (si colapsó una estrella, o se fusionaron dos agujeros negros previos, o si en él cayó todo un sistema planetario). La masa que cae en ellos, se convierte en ellos.

Referencia:

  1. https://es.wikipedia.org/wiki/Teorema_de_no_pelo

Fuente:

pdp.