¿Adónde conducen los agujeros negros? ¿Qué hay en el “túnel” de un agujero negro y hacia dónde conduce? Agujeros negros en el universo

A la pregunta ¿Adónde conduce un agujero negro después de caer en él? dado por el autor Dormir demasiado la mejor respuesta es Entonces, ¿de dónde vienen los agujeros negros? Esta es una construcción teórica que se deriva de la teoría general de la relatividad, siempre que la energía específica del espacio mismo sea cero. ¿Adónde conducen? En ningún lugar. Por ejemplo, en el centro de cierta habitación tenemos un pequeño agujero negro. Despreciemos la fuerza de gravedad de la Tierra para que no vuele hacia el centro de la Tierra. También bombearemos el aire alrededor del agujero negro para que no crezca. Dibujemos mentalmente un plano cortante a través del agujero negro. Intentemos dibujar una métrica y celdas en este plano. Resulta que dependiendo de la distancia al centro del agujero negro, las células se vuelven más densas, de modo que si quisiéramos verlas del mismo tamaño, entonces nuestro plano de corte tendría que extenderse hasta formar un embudo con una punta infinitamente larga y delgada. trompa. Este tramo es sólo mental y en realidad no conduce hacia arriba, hacia abajo o hacia la siguiente habitación. Se podrían dibujar muchos planos a través de un agujero negro determinado en diferentes ángulos, y todos los embudos resultantes tendrían la misma apariencia. Es decir, un tronco infinitamente largo no conduce a ninguna parte o recorre la cuarta dimensión.
I. D. Novikov relacionó esta medida con el tiempo. Al cambiar la dirección de la flecha del tiempo a lo largo de este embudo, tendremos un agujero negro o un agujero blanco. Sin embargo esto tema controversial. Stephen Hawking afirmó que los agujeros blancos y negros son lo mismo. Sin embargo, supongamos que tenemos, por ejemplo, un agujero negro en una habitación y un agujero blanco en la habitación contigua conectado a él. Esto nos da un control topológico de Wheeler. Una partícula absorbida por un agujero negro será expulsada por un agujero blanco. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el canal que conecta estos orificios no atraviesa la pared que separa estas estancias. Un protón absorbido por un agujero negro “cae” en el centro de una habitación y “cae” en una onda esférica desde todos los lados hasta el centro de otra habitación. ¿Se le puede llamar ahora protón? Considerando el Universo en su conjunto, muchos lo han asociado repetidamente con un agujero blanco o con un agujero negro.
Fuente:

Respuesta de Trinidad VA[novato]
En un agujero negro, todo se descompone en átomos, por lo que no lleva a ninguna parte...

Respuesta de Torcido[novato]
Un agujero negro es una estrella y todo lo que hay en él arde.

Respuesta de neuropatólogo[gurú]
Casi lo mismo que si te sumerges en una estrella grande. sólo 10 a 20 poderes más

Respuesta de Víctor Ivanov[gurú]
no necesitas saber

Respuesta de Alexander Znayka[gurú]
Primero intenta poner tu sueldo ahí y verás como todo se va a un agujero negro....

Respuesta de Ruslán Nurislamov[gurú]
Bueno, se empaquetará un millón de veces, tendrás un cubo del tamaño de una mota de polvo, entonces sabrás qué es la eternidad...
mientras estás sentado allí.

Respuesta de &Ъ[gurú]
Bueno, creo que sin colapsar en una singularidad, puedes caer en un agujero negro supermasivo. Y por dentro, ..si asumimos que no se destruye mientras se supera la esfera de Schwarzschild, puede pasar cualquier cosa. La protomateria que dio vida al Universo actual. Si el agujero negro es muy grande, entonces de alguna manera no excluyo la existencia de un Universo interno. Además, el tiempo interno fluirá cientos y miles de veces más lento que el tiempo externo.

Tanto para los científicos de los siglos pasados como para los investigadores de nuestro tiempo, el mayor misterio del cosmos es el agujero negro. ¿Qué hay dentro de este sistema completamente desconocido para la física? ¿Qué leyes se aplican allí? ¿Cómo pasa el tiempo en un agujero negro y por qué ni siquiera los cuantos de luz pueden escapar de allí? Ahora intentaremos, por supuesto, desde el punto de vista de la teoría y no de la práctica, comprender qué hay dentro de un agujero negro, por qué, en principio, se formó y existe, cómo atrae los objetos que lo rodean.

Primero, describamos este objeto.

Entonces, un agujero negro es una determinada región del espacio en el Universo. Es imposible distinguirlo como una estrella o un planeta separado, ya que no es un cuerpo sólido ni gaseoso. Sin una comprensión básica de qué es el espacio-tiempo y cómo pueden cambiar estas dimensiones, es imposible comprender qué hay dentro de un agujero negro. La cuestión es que esta zona no es sólo una unidad espacial. lo que distorsiona tanto las tres dimensiones que conocemos (largo, ancho y alto) como la línea de tiempo. Los científicos confían en que en la región del horizonte (la llamada zona que rodea el agujero), el tiempo adquiere un significado espacial y puede avanzar y retroceder.

Aprendamos los secretos de la gravedad.

Si queremos entender qué hay dentro de un agujero negro, echemos un vistazo más de cerca a qué es la gravedad. Es este fenómeno el que resulta clave para comprender la naturaleza de los llamados “agujeros de gusano”, de los que ni siquiera la luz puede escapar. La gravedad es la interacción entre todos los cuerpos que tienen una base material. La fuerza de dicha gravedad depende de la composición molecular de los cuerpos, de la concentración de los átomos y de su composición. Cuantas más partículas colapsen en una determinada zona del espacio, mayor será la fuerza gravitacional. Esto está indisolublemente ligado a la teoría del Big Bang, cuando nuestro Universo era del tamaño de un guisante. Este era un estado de máxima singularidad y, como resultado de un destello de cuantos de luz, el espacio comenzó a expandirse debido a que las partículas se repelían entre sí. Los científicos describen un agujero negro exactamente al revés. ¿Qué hay dentro de tal cosa según la TBZ? Una singularidad que es igual a los indicadores inherentes a nuestro Universo en el momento de su nacimiento.

¿Cómo llega la materia a un agujero de gusano?

Existe la opinión de que una persona nunca podrá comprender lo que sucede dentro de un agujero negro. Porque una vez allí, será literalmente aplastado por la gravedad y la fuerza de la gravedad. Actualmente, esto no es verdad. Sí, efectivamente, un agujero negro es una región de singularidad donde todo está comprimido al máximo. Pero esto no es en absoluto una “aspiradora espacial” que pueda aspirar todos los planetas y estrellas. Cualquier objeto material que se encuentre en el horizonte de sucesos observará una fuerte distorsión del espacio y el tiempo (por ahora, estas unidades están separadas). El sistema euclidiano de geometría comenzará a funcionar mal, en otras palabras, se cruzarán y los contornos de las figuras estereométricas ya no resultarán familiares. En cuanto al tiempo, irá disminuyendo gradualmente. Cuanto más te acerques al agujero, más lento irá el reloj en relación con la hora de la Tierra, pero no lo notarás. Al caer en un agujero de gusano, el cuerpo caerá a velocidad cero, pero esta unidad será igual a infinito. curvatura, que equipara el infinito a cero, que finalmente detiene el tiempo en la región de la singularidad.

Reacción a la luz emitida.

El único objeto en el espacio que atrae la luz es un agujero negro. Se desconoce qué hay dentro y en qué forma se encuentra, pero se cree que es una oscuridad total, que es imposible de imaginar. Los cuantos de luz, al llegar allí, no desaparecen simplemente. Su masa se multiplica por la masa de la singularidad, lo que la hace aún más grande y la agranda, por lo que si dentro del agujero de gusano enciendes una linterna para mirar a tu alrededor, no brillará. Los cuantos emitidos se multiplicarán constantemente por la masa del agujero y usted, en términos generales, solo empeorará su situación.

Agujeros negros a cada paso

Como ya hemos descubierto, la base de la formación es la gravedad, cuya magnitud es millones de veces mayor que en la Tierra. Karl Schwarzschild le dio al mundo una idea precisa de lo que es un agujero negro, quien, de hecho, descubrió el horizonte de sucesos y el punto de no retorno, y también estableció que cero en un estado de singularidad es igual a infinidad. En su opinión, un agujero negro puede formarse en cualquier punto del espacio. En este caso, un determinado objeto material que tiene forma esférica debe alcanzar el radio gravitacional. Por ejemplo, la masa de nuestro planeta debe caber en el volumen de un guisante para convertirse en un agujero negro. Y el Sol debería tener un diámetro de 5 kilómetros con su masa, entonces su estado se volverá singular.

El horizonte para la formación de un mundo nuevo

Las leyes de la física y la geometría funcionan perfectamente en la Tierra y en el espacio exterior, donde el espacio está cerca del vacío. Pero pierden por completo su importancia en el horizonte de sucesos. Por eso, desde un punto de vista matemático, es imposible calcular qué hay dentro de un agujero negro. Las imágenes que podemos obtener si doblamos el espacio de acuerdo con nuestras ideas sobre el mundo probablemente estén lejos de la verdad. Solo se ha establecido que aquí el tiempo se convierte en una unidad espacial y, muy probablemente, se agreguen algunas más a las dimensiones existentes. Esto hace posible creer que dentro de un agujero negro (una foto, como saben, no lo mostrará, ya que la luz allí se devora a sí misma) se forman mundos completamente diferentes. Estos universos pueden estar compuestos de antimateria, algo que actualmente los científicos desconocen. También hay versiones de que la esfera sin retorno es solo un portal que conduce a otro mundo o a otros puntos de nuestro Universo.

Nacimiento y muerte

Mucho más que la existencia de un agujero negro es su creación o desaparición. Una esfera que distorsiona el espacio-tiempo, como ya hemos descubierto, se forma como resultado del colapso. Podría ser la explosión de una estrella grande, la colisión de dos o más cuerpos en el espacio, etc. Pero ¿cómo es posible que una materia que en teoría podía tocarse se convirtiera en un dominio de distorsión del tiempo? El rompecabezas es un trabajo en progreso. Pero a esto le sigue una segunda pregunta: ¿por qué desaparecen esas esferas sin retorno? Y si los agujeros negros se evaporan, ¿por qué no sale de ellos esa luz y toda la materia cósmica que absorbieron? Cuando la materia en la zona de singularidad comienza a expandirse, la gravedad disminuye gradualmente. Como resultado, el agujero negro simplemente se disuelve y el vacío ordinario del espacio exterior permanece en su lugar. De esto se desprende otro misterio: ¿adónde fue todo lo que entró en él?

¿Es la gravedad nuestra clave para un futuro feliz?

Los investigadores confían en que el futuro energético de la humanidad puede estar determinado por un agujero negro. Aún se desconoce qué hay dentro de este sistema, pero se ha establecido que en el horizonte de sucesos cualquier materia se transforma en energía, pero, por supuesto, parcialmente. Por ejemplo, una persona, al encontrarse cerca del punto sin retorno, renunciará al 10 por ciento de su materia para procesarla en energía. Esta cifra es simplemente colosal y se ha convertido en una sensación entre los astrónomos. El hecho es que en la Tierra sólo el 0,7 por ciento de la materia se convierte en energía.

¿Adónde conducen los agujeros negros? Por ejemplo, a una realidad alternativa. Con toda seriedad, astrofísicos de fama mundial sugieren que estos, quizás los objetos cósmicos más misteriosos hasta la fecha, pueden llegar a ser portales que abran el camino hacia la parte más vulnerable de nuestro Universo.

A los agujeros negros se les atribuyeron diversos tipos de propiedades maravillosas casi desde el primer día que se conoció su existencia. Pero debido a la falta de conocimiento, todas las hipótesis quedaron en nada más que fantasías. Los últimos cálculos teóricos tienen tanta autoridad que ya no es posible ignorarlos.

El científico británico Stephen Hawking es conocido desde hace mucho tiempo como el hombre que logró aprender más sobre los agujeros negros que nadie en la Tierra. En su nuevo artículo publicado en una de las principales revistas científicas, Hawking y sus colegas hablan de las propiedades hasta ahora desconocidas de estos objetos. Lo que, entre otras cosas, nos permite hacer una suposición verdaderamente revolucionaria: "Si el agujero negro tiene el tamaño necesario y gira, entonces tal vez en él habrá un paso a otro Universo". Hawking habla de esto con su habitual humor. : “¿Te encuentras en un agujero negro? No se desesperen, ".

¿De qué propiedades revolucionarias estamos hablando? Aquí debemos hacer inmediatamente una reserva de que todas las conclusiones son una teoría compleja. Intentemos mirar el mundo de los agujeros negros al borde de una simplificación aceptable, antes de que nosotros mismos nos veamos absorbidos por la jungla de la astrofísica. Entonces, los agujeros negros solían ser simples y directos. El modelo tradicional dice que tiene sólo dos propiedades: masa y velocidad de rotación. Una vez que un objeto cae en un agujero, todo recuerdo del mismo desaparece. Lo único que queda es el propio agujero negro. Nada más.

Los científicos compararon esta información con el cabello. Entonces, los agujeros negros no tenían este pelo. Y sin ellos, es decir, sin restos de información, los agujeros negros con la misma masa y velocidad de rotación serán exactamente iguales. Estas son dos calvas idénticas. Esta teoría, por decirlo suavemente, contradecía las leyes físicas de nuestro Universo, donde nada desaparece sin dejar rastro. Ahora el pensamiento científico se inclina a creer que todo es mucho más complicado. Hay pelo. Y es precisamente en ellos donde uno puede confundirse.

Si la información es pelo, entonces Hawking y sus colegas admitieron que parte de ella todavía sale de la cabeza calva del agujero negro. Esto sucede en forma de partículas llamadas fotones. Están presentes en el Universo en grandes cantidades, pero su energía es cercana a cero. Por lo tanto, es casi imposible notarlos utilizando dispositivos modernos. Hawking y sus colegas sugirieron que estos fotones transportan información sobre las propiedades de la materia "devorada" por el agujero negro. Se les llamó “pelo suave” y, en teoría, pueden usarse para distinguir los agujeros entre sí.

"¿Y qué tenemos?", dice Sergei Bogachev, investigador principal del Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia. "Eso es bueno, ¿los agujeros negros peludos son probablemente mejores que los calvos? Pero si esto es un portal, entonces ¿Dónde? ¿En qué tipo de Universo alternativo se puede entrar?”, ¿un hombre que cayó en un agujero negro? Resulta que la ciencia moderna tiene muchas opciones para responder a esta pregunta. Pero ninguno de ellos es definitivo. Sólo conjeturas y suposiciones. Pero también son sorprendentes.

La llamada teoría de los fuegos artificiales plantea la audaz tesis de que hubo más de un "big bang" que dio origen a nuestro Universo. Hubo muchos de ellos, como durante un espectáculo de fuegos artificiales. Y cada uno de ellos creó su propio Universo. Según la teoría de las branas, todo nuestro espacio nativo de cuatro dimensiones está dividido en secciones por paredes condicionales: las branas. Es como estos espaciadores en el vacío. Y cada uno de ellos es el Universo. Pues bien, cuando las branas chocan entre sí se produce el “big bang”.

También está la teoría de Everett. Según él, todos vivimos en un mundo de probabilidades y cada una de nuestras acciones divide el espacio-tiempo, creando una copia del Universo. Es decir, en uno la acción se completó, pero en el otro no. Aparece así una infinidad de Universos. "Los que vivimos hoy en día tenemos casi cero posibilidades de comprobar todas estas teorías en nuestra propia piel. Los agujeros negros están demasiado lejos de nosotros", afirma el astrofísico Serguéi Zamozdra.

Los dos más cercanos de los llamados verificados se encuentran en la constelación de Cygnus, a entre 6 y 8 mil años luz de distancia. Un poco más cerca hay otra opción: un pequeño agujero negro en la constelación de Monoceros. Pero su existencia sólo está confirmada teóricamente. Quizás no se trate de un agujero negro, sino de otro objeto cósmico.

En general, incluso los propios agujeros negros probados pueden ser de diferentes naturalezas y variar mucho en propiedades. Por ejemplo, los agujeros negros de masa estelar se forman como etapa final de la vida de algunas estrellas. La masa de un agujero negro de este tipo varía de dos veces y media a cinco veces y media la masa de nuestro sol. También hay agujeros gigantes supermasivos, que forman los núcleos de las galaxias. Pero los fenómenos más terribles, por así decirlo en este contexto, son los agujeros negros primordiales. Actualmente tienen el estatus de hipótesis. Presumiblemente, se formaron durante la expansión inicial de la galaxia.

También existe una teoría sobre los agujeros negros cuánticos: son objetos microscópicos que pueden surgir como resultado de reacciones nucleares. Para una descripción matemática de tales objetos se necesita una teoría cuántica de la gravedad, que aún no se ha inventado. Bueno, al observar toda esta diversidad, inevitablemente uno se hace la pregunta: “¿Qué pasaría si un monstruo así apareciera repentinamente cerca de nuestro sistema solar?” Por cierto, los científicos serios también se hacen esta pregunta. Y esto es lo que hacen.

El resultado de un encuentro con un pequeño agujero negro será una onda sísmica. La colisión resultará en un terremoto relativamente pequeño de aproximadamente 4 grados de magnitud. Si la Tierra termina al lado de un agujero más grande, nuestro planeta se expandirá gradualmente. Es decir, el lado de nuestro planeta más cercano al objeto espacial será atraído con más fuerza que el lado opuesto y la Tierra se estirará como espaguetis.

Es posible que los habitantes de la Tierra no se den cuenta de cómo todo a su alrededor se estira cada vez más hasta convertirse en una corriente de partículas subatómicas. Pero si nuestra Tierra se acerca a un agujero negro con un cuásar, es decir, millones de soles rodearán nuestro planeta por todos lados, el planeta simplemente se quemará en una fracción de segundo. "El tema espacial siempre ha atraído la atención no sólo de los científicos, sino también de los artistas. Los escritores de ciencia ficción especulan con especial interés sobre el tema de las galaxias distantes o la inteligencia extraterrestre. A menudo, las suposiciones de los artistas, libres de un enfoque científico, "Inexplicablemente dio en el blanco. Quizás también sobre los agujeros negros se cumpla una de estas increíbles teorías", señala Serguéi Zamozdra.

Muy a menudo en la ciencia ficción, los agujeros negros aparecen como un objeto espeluznante y aterrador. Así, en la novela "Hyperion" del escritor estadounidense Dan Simmons, este fenómeno cósmico termina en el centro de la Tierra y absorbe todos los seres vivos. Pero además de la aniquilación total, también se atribuyen a los agujeros negros otras maravillosas propiedades. Un tema favorito es el teletransporte y los viajes completos a otras galaxias.

El famoso escritor de ciencia ficción Stanislaw Lem utiliza los agujeros negros para manipular el tiempo. En la última novela de Lem, Fiasco, los astronautas esperan a los miembros de la tripulación estelar cerca de un agujero para que el tiempo pase más rápido para ellos. El cine también regala su colección de mitos sobre los agujeros negros. Uno de los ejemplos más sorprendentes de la película dirigida por Christopher Nolan es "Interstellar". En uno de los episodios clave, uno de los personajes principales, al salir de una nave espacial, cae en un agujero negro y luego sale de él.

Sin duda, una parte de la película se basa en supuestos científicos, la otra es pura fantasía. Hasta ahora fantástico. Por cierto, el mismo Hawking tampoco está dispuesto a limitar el vuelo de su imaginación, y en su caso también del pensamiento científico, mediante convenciones. Por ejemplo, también se le ocurrió la idea del uso práctico de los agujeros negros. Según sus cálculos, un agujero microscópico con la masa de una pequeña montaña produce una radiación con una potencia de unos diez millones de megavatios. Esto debería ser suficiente para alimentar todos los aparatos eléctricos de la Tierra. El único lugar para colocar una central eléctrica móvil de este tipo sólo puede ser la órbita terrestre. Es cierto que si el agujero se mueve directamente al planeta mismo, la electricidad ya no será necesaria, al menos en este universo: el agujero simplemente puede tragarse la Tierra. Pero está claro que esto todavía está muy lejos. Y el máximo sueño es conseguir al menos una imagen de un agujero negro. Hasta ahora tampoco podemos hacer esto. Pero, sin embargo, los físicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts descubrieron cómo tomar esa fotografía.

Los científicos planean recopilar datos de radiotelescopios ubicados alrededor del planeta y "pegarlos" en una sola imagen. El caso es que es imposible observar un agujero negro con telescopios convencionales. Incluso el agujero más cercano es tan pequeño que verlo es como ver un pomelo en la luna. Para estudiar tales objetos necesitarás un telescopio del tamaño de la Tierra.

Juntos tal vez podamos resolver este problema. Hasta el momento, seis observatorios han dado su consentimiento para participar en el proyecto. Las observaciones comenzarán en la primavera de 2017. Entonces, tal vez, recibamos una nueva porción de información revolucionaria sobre estos misteriosos fenómenos. Mientras tanto, nuestra comprensión de los misteriosos agujeros negros todavía está llena de espacios en blanco.

Debido al relativamente reciente aumento del interés por la creación de películas de divulgación científica sobre el tema de la exploración espacial, los espectadores modernos han oído hablar mucho de fenómenos como la singularidad o el agujero negro. Sin embargo, las películas obviamente no revelan la naturaleza completa de estos fenómenos y, a veces, incluso distorsionan las teorías científicas construidas para lograr un mayor efecto. Por esta razón, la comprensión que mucha gente moderna tiene de estos fenómenos es completamente superficial o completamente errónea. Una de las soluciones al problema que ha surgido es este artículo, en el que intentaremos comprender los resultados de las investigaciones existentes y responder a la pregunta: ¿qué es un agujero negro?

En 1784, el sacerdote y naturalista inglés John Michell mencionó por primera vez en una carta a la Royal Society cierto cuerpo masivo hipotético que tiene una atracción gravitacional tan fuerte que su segunda velocidad de escape excederá la velocidad de la luz. La segunda velocidad de escape es la velocidad que necesitará un objeto relativamente pequeño para superar la atracción gravitacional de un cuerpo celeste e ir más allá de la órbita cerrada alrededor de este cuerpo. Según sus cálculos, un cuerpo con la densidad del Sol y un radio de 500 radios solares tendrá en su superficie una segunda velocidad cósmica igual a la velocidad de la luz. En este caso, ni siquiera la luz abandonará la superficie de dicho cuerpo y, por lo tanto, este cuerpo solo absorberá la luz entrante y permanecerá invisible para el observador: una especie de mancha negra en el fondo del espacio oscuro.

Sin embargo, el concepto de Michell de cuerpo supermasivo no atrajo mucho interés hasta el trabajo de Einstein. Recordemos que este último definió la velocidad de la luz como la velocidad máxima de transferencia de información. Además, Einstein amplió la teoría de la gravedad a velocidades cercanas a la velocidad de la luz (). Como resultado, ya no era relevante aplicar la teoría newtoniana a los agujeros negros.

La ecuación de Einstein

Como resultado de la aplicación de la relatividad general a los agujeros negros y la resolución de las ecuaciones de Einstein, se identificaron los principales parámetros de un agujero negro, de los cuales solo existen tres: masa, carga eléctrica y momento angular. Cabe destacar la importante contribución del astrofísico indio Subramanian Chandrasekhar, quien creó la monografía fundamental: “Teoría matemática de los agujeros negros”.

Así, la solución a las ecuaciones de Einstein se presenta en cuatro opciones para cuatro posibles tipos de agujeros negros:

BH sin rotación y sin carga – solución Schwarzschild. Una de las primeras descripciones de un agujero negro (1916) utilizando las ecuaciones de Einstein, pero sin tener en cuenta dos de los tres parámetros del cuerpo. La solución del físico alemán Karl Schwarzschild permite calcular el campo gravitacional externo de un cuerpo esférico masivo. La peculiaridad del concepto de agujero negro del científico alemán es la presencia de un horizonte de sucesos y su ocultación detrás de él. Schwarzschild también fue el primero en calcular el radio gravitacional, que recibió su nombre, que determina el radio de la esfera en la que se ubicaría el horizonte de sucesos para un cuerpo con una masa determinada.
BH sin rotación con carga – solución Reisner-Nordström. La solución propuesta en 1916-1918, teniendo en cuenta la posible carga eléctrica de un agujero negro. Esta carga no puede ser arbitrariamente grande y está limitada debido a la repulsión eléctrica resultante. Esto último debe compensarse mediante la atracción gravitacional.
BH con rotación y sin carga - solución de Kerr (1963). Un agujero negro de Kerr giratorio se diferencia de uno estático por la presencia de la llamada ergosfera (lea más sobre este y otros componentes de un agujero negro).
BH con rotación y carga - Solución Kerr-Newman. Esta solución fue calculada en 1965 y en este momento Es el más completo, ya que tiene en cuenta los tres parámetros del agujero negro. Sin embargo, todavía se supone que en la naturaleza los agujeros negros tienen una carga insignificante.

Formación de agujeros negros

Existen varias teorías sobre cómo se forma y aparece un agujero negro, la más famosa de las cuales es que surge como resultado del colapso gravitacional de una estrella con suficiente masa. Tal compresión puede poner fin a la evolución de estrellas con una masa de más de tres masas solares. Una vez completadas las reacciones termonucleares dentro de tales estrellas, comienzan a comprimirse rápidamente hasta volverse superdensas. Si la presión del gas de una estrella de neutrones no puede compensar las fuerzas gravitacionales, es decir, la masa de la estrella supera las llamadas. Límite de Oppenheimer-Volkoff, luego el colapso continúa, lo que da como resultado que la materia se comprima en un agujero negro.

El segundo escenario que describe el nacimiento de un agujero negro es la compresión de gas protogaláctico, es decir, gas interestelar en etapa de transformación en una galaxia o algún tipo de cúmulo. Si no hay suficiente presión interna para compensar las mismas fuerzas gravitacionales, puede surgir un agujero negro.

Otros dos escenarios siguen siendo hipotéticos:

La aparición de un agujero negro como resultado del llamado Agujeros negros primordiales.
Ocurrencia como resultado de reacciones nucleares que ocurren a altas energías. Un ejemplo de tales reacciones son los experimentos en colisionadores.

Estructura y física de los agujeros negros.

La estructura de un agujero negro según Schwarzschild incluye sólo dos elementos que se mencionaron anteriormente: la singularidad y el horizonte de sucesos del agujero negro. Hablando brevemente de la singularidad, cabe señalar que es imposible trazar una línea recta a través de ella y que la mayoría de las teorías físicas existentes no funcionan dentro de ella. Por tanto, la física de la singularidad sigue siendo un misterio para los científicos de hoy. un agujero negro es un límite determinado, al cruzarlo, un objeto físico pierde la oportunidad de regresar más allá de sus límites y definitivamente "caerá" en la singularidad del agujero negro.

La estructura de un agujero negro se vuelve algo más complicada en el caso de la solución de Kerr, es decir, en presencia de rotación del agujero negro. La solución de Kerr supone que el agujero tiene una ergosfera. La ergosfera es una determinada región ubicada fuera del horizonte de sucesos, dentro de la cual todos los cuerpos se mueven en la dirección de rotación del agujero negro. Esta zona aún no es apasionante y es posible abandonarla, a diferencia del horizonte de sucesos. La ergosfera es probablemente una especie de análogo de un disco de acreción, que representa materia en rotación alrededor de cuerpos masivos. Si un agujero negro estático de Schwarzschild se representa como una esfera negra, entonces el agujero negro de Kerry, debido a la presencia de una ergosfera, tiene la forma de un elipsoide achatado, en cuya forma a menudo veíamos agujeros negros en los dibujos, en la antigüedad. películas o videojuegos.

¿Cuánto pesa un agujero negro? – El material más teórico sobre la aparición de un agujero negro está disponible para el escenario de su aparición como resultado del colapso de una estrella. En este caso, la masa máxima de una estrella de neutrones y la masa mínima de un agujero negro están determinadas por el límite de Oppenheimer-Volkoff, según el cual el límite inferior de la masa de un agujero negro es 2,5 - 3 masas solares. El agujero negro más pesado jamás descubierto (en la galaxia NGC 4889) tiene una masa de 21 mil millones de masas solares. Sin embargo, no debemos olvidarnos de los agujeros negros que hipotéticamente surgen como resultado de reacciones nucleares a altas energías, como las que ocurren en los colisionadores. La masa de estos agujeros negros cuánticos, es decir, los “agujeros negros de Planck”, es del orden de magnitud de 2,10−5 g.
Tamaño del agujero negro. El radio mínimo de un agujero negro se puede calcular a partir de la masa mínima (2,5 – 3 masas solares). Si el radio gravitacional del Sol, es decir, la zona donde se ubicaría el horizonte de sucesos, es de unos 2,95 km, entonces el radio mínimo de un agujero negro de 3 masas solares será de unos nueve kilómetros. Estos tamaños relativamente pequeños son difíciles de comprender cuando hablamos de objetos masivos que atraen todo lo que les rodea. Sin embargo, para los agujeros negros cuánticos el radio es de 10 −35 m.
La densidad media de un agujero negro depende de dos parámetros: masa y radio. La densidad de un agujero negro con una masa de aproximadamente tres masas solares es de aproximadamente 6 · 10 · 26 kg/m³, mientras que la densidad del agua es de 1000 kg/m³. Sin embargo, los científicos no han encontrado agujeros negros tan pequeños. La mayoría de los agujeros negros detectados tienen masas superiores a 10 5 masas solares. Existe un patrón interesante según el cual cuanto más masivo es un agujero negro, menor es su densidad. En este caso, un cambio de masa de 11 órdenes de magnitud implica un cambio de densidad de 22 órdenes de magnitud. Así, un agujero negro con una masa de 1,10 9 masas solares tiene una densidad de 18,5 kg/m³, uno menos que la densidad del oro. Y los agujeros negros con una masa de más de 10 10 masas solares pueden tener una densidad promedio menor que la del aire. Con base en estos cálculos, es lógico suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación. gran cantidad importa hasta cierto punto. En el caso de los agujeros negros cuánticos, su densidad puede ser de unos 10,94 kg/m³.
La temperatura de un agujero negro también depende inversamente de su masa. Esta temperatura está directamente relacionada con. El espectro de esta radiación coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro, es decir, un cuerpo que absorbe toda la radiación incidente. El espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro depende únicamente de su temperatura, por lo que la temperatura del agujero negro se puede determinar a partir del espectro de radiación de Hawking. Como se mencionó anteriormente, esta radiación es más poderosa cuanto más pequeño es el agujero negro. Al mismo tiempo, la radiación de Hawking sigue siendo hipotética, ya que aún no ha sido observada por los astrónomos. De esto se deduce que si existe radiación de Hawking, entonces la temperatura de los agujeros negros observados es tan baja que no permite detectar esta radiación. Según los cálculos, incluso la temperatura de un agujero con una masa del orden de la masa del Sol es insignificante (1,10 -7 K o -272°C). La temperatura de los agujeros negros cuánticos puede alcanzar unos 10 12 K y, con su rápida evaporación (aproximadamente 1,5 minutos), dichos agujeros negros pueden emitir la energía de unos diez millones de bombas atómicas. Pero, afortunadamente, para crear tales objetos hipotéticos se necesitaría energía entre 10 y 14 veces mayor que la que se logra hoy en el Gran Colisionador de Hadrones. Además, los astrónomos nunca han observado fenómenos similares.

¿En qué consiste un agujero negro?

Otra pregunta preocupa tanto a los científicos como a aquellos que simplemente están interesados en la astrofísica: ¿en qué consiste un agujero negro? No hay una respuesta clara a esta pregunta, ya que no es posible mirar más allá del horizonte de sucesos que rodea a cualquier agujero negro. Además, como se mencionó anteriormente, los modelos teóricos de un agujero negro prevén solo 3 de sus componentes: la ergosfera, el horizonte de sucesos y la singularidad. Es lógico suponer que en la ergosfera sólo se encuentran aquellos objetos que fueron atraídos por el agujero negro y que ahora giran a su alrededor: varios tipos de cuerpos cósmicos y gases cósmicos. El horizonte de sucesos es sólo una delgada frontera implícita, una vez superada la cual los mismos cuerpos cósmicos son irrevocablemente atraídos hacia el último componente principal del agujero negro: la singularidad. La naturaleza de la singularidad no se ha estudiado hoy y es demasiado pronto para hablar de su composición.

Según algunas suposiciones, un agujero negro puede estar formado por neutrones. Si seguimos el escenario de la aparición de un agujero negro como resultado de la compresión de una estrella en una estrella de neutrones con su posterior compresión, entonces probablemente la mayor parte del agujero negro esté formado por neutrones, de los cuales la propia estrella de neutrones es compuesto. En términos simples: cuando una estrella colapsa, sus átomos se comprimen de tal manera que los electrones se combinan con los protones, formando así neutrones. En realidad, una reacción similar ocurre en la naturaleza, y con la formación de un neutrón, se produce la radiación de neutrinos. Sin embargo, estas son sólo suposiciones.

¿Qué pasa si caes en un agujero negro?

Caer en un agujero negro astrofísico hace que el cuerpo se estire. Consideremos un hipotético cosmonauta suicida que se dirige a un agujero negro vistiendo sólo un traje espacial, con los pies por delante. Al cruzar el horizonte de sucesos, el astronauta no notará ningún cambio, a pesar de que ya no tendrá la oportunidad de regresar. En algún momento, el astronauta llegará a un punto (ligeramente detrás del horizonte de sucesos) en el que comenzará a producirse la deformación de su cuerpo. Dado que el campo gravitacional de un agujero negro no es uniforme y está representado por un gradiente de fuerza que aumenta hacia el centro, las piernas del astronauta estarán sujetas a una influencia gravitacional notablemente mayor que, por ejemplo, la cabeza. Luego, debido a la gravedad, o más bien a las fuerzas de marea, las piernas "caerán" más rápido. Así, el cuerpo comienza a alargarse gradualmente en longitud. Para describir este fenómeno, los astrofísicos han ideado un término bastante creativo: espaguetificación. Un mayor estiramiento del cuerpo probablemente lo descompondrá en átomos que, tarde o temprano, alcanzarán una singularidad. Uno sólo puede adivinar cómo se sentirá una persona en esta situación. Vale la pena señalar que el efecto de estirar un cuerpo es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Es decir, si un agujero negro con la masa de tres soles estira o desgarra instantáneamente el cuerpo, entonces el agujero negro supermasivo tendrá fuerzas de marea más bajas y hay sugerencias de que algunos materiales físicos podrían "tolerar" tal deformación sin perder su estructura.

Como saben, el tiempo pasa más lentamente cerca de objetos masivos, lo que significa que para un astronauta suicida el tiempo pasará mucho más lentamente que para los terrícolas. En este caso, tal vez sobreviva no solo a sus amigos, sino también a la Tierra misma. Para determinar cuánto tiempo se ralentizará un astronauta, se necesitarán cálculos, pero de lo anterior se puede suponer que el astronauta caerá muy lentamente en el agujero negro y, tal vez, simplemente no vivirá para ver el momento en que su El cuerpo comienza a deformarse.

Es de destacar que para un observador externo, todos los cuerpos que vuelan hacia el horizonte de sucesos permanecerán en el borde de este horizonte hasta que su imagen desaparezca. La razón de este fenómeno es el corrimiento al rojo gravitacional. Simplificando un poco, podemos decir que la luz que incide sobre el cuerpo de un cosmonauta suicida "congelado" en el horizonte de sucesos cambiará su frecuencia debido a su tiempo más lento. A medida que el tiempo pasa más lentamente, la frecuencia de la luz disminuirá y la longitud de onda aumentará. Como resultado de este fenómeno, en la salida, es decir, para un observador externo, la luz se desplazará gradualmente hacia la baja frecuencia: el rojo. Se producirá un desplazamiento de la luz a lo largo del espectro, a medida que el cosmonauta suicida se aleje cada vez más del observador, aunque de forma casi imperceptible, y su tiempo transcurra cada vez más lentamente. Así, la luz reflejada por su cuerpo pronto irá más allá del espectro visible (la imagen desaparecerá), y en el futuro el cuerpo del astronauta sólo podrá detectarse en la región de la radiación infrarroja, más tarde en la radiofrecuencia, y como resultado la radiación será completamente esquiva.

A pesar de lo anterior, se supone que en los agujeros negros supermasivos muy grandes, las fuerzas de marea no cambian tanto con la distancia y actúan de manera casi uniforme sobre el cuerpo que cae. En este caso, la nave espacial que cae conservaría su estructura. Surge una pregunta razonable: ¿adónde conduce el agujero negro? Esta pregunta puede ser respondida por el trabajo de algunos científicos, que vinculan dos fenómenos como los agujeros de gusano y los agujeros negros.

En 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen propusieron una hipótesis sobre la existencia de los llamados agujeros de gusano, que conectan dos puntos del espacio-tiempo a través de lugares de curvatura significativa de este último: un puente o agujero de gusano de Einstein-Rosen. Para una curvatura tan poderosa del espacio se necesitarían cuerpos de masa gigantesca, cuyo papel cumplirían perfectamente los agujeros negros.

El puente Einstein-Rosen se considera un agujero de gusano infranqueable porque es pequeño e inestable.

Un agujero de gusano atravesable es posible en el marco de la teoría de los agujeros blancos y negros. Donde el agujero blanco es la salida de información atrapada en el agujero negro. El agujero blanco se describe en el marco de la relatividad general, pero a día de hoy sigue siendo hipotético y no ha sido descubierto. Los científicos estadounidenses Kip Thorne y su estudiante de posgrado Mike Morris propusieron otro modelo de agujero de gusano, que puede ser transitable. Sin embargo, tanto en el caso del agujero de gusano Morris-Thorne como en el de los agujeros blancos y negros, la posibilidad de viajar requiere la existencia de la llamada materia exótica, que tiene energía negativa y que además sigue siendo hipotética.

Agujeros negros en el universo

La existencia de agujeros negros se confirmó hace relativamente poco tiempo (septiembre de 2015), pero antes ya existía mucho material teórico sobre la naturaleza de los agujeros negros, así como muchos objetos candidatos para el papel de agujero negro. En primer lugar, hay que tener en cuenta el tamaño del agujero negro, ya que de ellos depende la naturaleza misma del fenómeno:

Agujero negro de masa estelar. Estos objetos se forman como resultado del colapso de una estrella. Como se mencionó anteriormente, la masa mínima de un cuerpo capaz de formar un agujero negro de este tipo es de 2,5 a 3 masas solares.
Agujeros negros de masa intermedia. Un tipo intermedio condicional de agujero negro que ha crecido debido a la absorción de objetos cercanos, como un grupo de gas, una estrella vecina (en sistemas de dos estrellas) y otros cuerpos cósmicos.
Agujero negro supermasivo. Objetos compactos con 10 5 -10 10 masas solares. Las propiedades distintivas de estos agujeros negros son su paradójicamente baja densidad, así como las débiles fuerzas de marea, que ya se mencionaron anteriormente. Este es exactamente el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A*), así como de la mayoría de las otras galaxias.

Candidatos al ChD

El agujero negro más cercano, o más bien un candidato para el papel de agujero negro, es un objeto (V616 Monoceros), que se encuentra a una distancia de 3000 años luz del Sol (en nuestra galaxia). Consta de dos componentes: una estrella con una masa de la mitad de la masa del Sol, así como un pequeño cuerpo invisible cuya masa es de 3 a 5 masas solares. Si este objeto resulta ser un pequeño agujero negro de masa estelar, entonces con razón se convertirá en el agujero negro más cercano.

Después de este objeto, el segundo agujero negro más cercano es el objeto Cygnus X-1 (Cyg X-1), que fue el primer candidato para el papel de agujero negro. La distancia hasta él es de aproximadamente 6070 años luz. Bastante bien estudiado: tiene una masa de 14,8 masas solares y un radio de horizonte de sucesos de unos 26 km.

Según algunas fuentes, otro candidato más cercano para el papel de agujero negro podría ser un cuerpo del sistema estelar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), que, según estimaciones de 1999, se encontraba a una distancia de 1.600 años luz. Sin embargo, estudios posteriores han aumentado esta distancia al menos 15 veces.

¿Cuántos agujeros negros hay en nuestra galaxia?

No existe una respuesta exacta a esta pregunta, ya que observarlos es bastante difícil y durante todo el período de estudio del cielo, los científicos pudieron descubrir alrededor de una docena de agujeros negros dentro de la Vía Láctea. Sin caer en cálculos, observamos que hay entre 100 y 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia, y aproximadamente una de cada mil estrellas tiene suficiente masa para formar un agujero negro. Es probable que se hayan formado millones de agujeros negros durante la existencia de la Vía Láctea. Dado que es más fácil detectar agujeros negros de enorme tamaño, es lógico suponer que lo más probable es que la mayoría de los agujeros negros de nuestra galaxia no sean supermasivos. Es de destacar que una investigación de la NASA de 2005 sugiere la presencia de todo un enjambre de agujeros negros (entre 10.000 y 20.000) que giran alrededor del centro de la galaxia. Además, en 2016, los astrofísicos japoneses descubrieron un satélite masivo cerca del objeto *: un agujero negro, el núcleo de la Vía Láctea. Debido al pequeño radio (0,15 años luz) de este cuerpo, así como a su enorme masa (100.000 masas solares), los científicos suponen que este objeto también es un agujero negro supermasivo.

El núcleo de nuestra galaxia, el agujero negro de la Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A* o Sagitario A*) es supermasivo y tiene una masa de 4,31 10 6 masas solares y un radio de 0,00071 años luz (6,25 horas luz . o 6,75 mil millones de kilómetros). La temperatura de Sagitario A*, junto con el cúmulo que lo rodea, es de aproximadamente 1,10 7 K.

El agujero negro más grande

El agujero negro más grande del Universo que los científicos han descubierto es un agujero negro supermasivo, FSRQ blazar, en el centro de la galaxia S5 0014+81, a una distancia de 1,2 10 10 años luz de la Tierra. Según los resultados preliminares de las observaciones realizadas con el observatorio espacial Swift, la masa del agujero negro era de 40 mil millones (40,10 9) masas solares, y el radio de Schwarzschild de dicho agujero era de 118,35 mil millones de kilómetros (0,013 años luz). Además, según los cálculos, surgió hace 12,1 mil millones de años (1,6 mil millones de años después del Big Bang). Si este agujero negro gigante no absorbe la materia que lo rodea, vivirá hasta la era de los agujeros negros, una de las eras del desarrollo del Universo en la que los agujeros negros dominarán en él. Si el núcleo de la galaxia S5 0014+81 sigue creciendo, se convertirá en uno de los últimos agujeros negros que existirán en el Universo.

Los otros dos agujeros negros conocidos, aunque no tienen nombre propio, son de gran importancia para el estudio de los agujeros negros, ya que confirmaron experimentalmente su existencia, y también proporcionaron resultados importantes para el estudio de la gravedad. Estamos hablando del evento GW150914, que es la colisión de dos agujeros negros en uno. Este evento permitió registrarse.

Detección de agujeros negros

Antes de considerar métodos para detectar agujeros negros, deberíamos responder a la pregunta: ¿por qué un agujero negro es negro? – la respuesta a esto no requiere un conocimiento profundo de la astrofísica y la cosmología. El caso es que un agujero negro absorbe toda la radiación que incide sobre él y no emite nada, si no se tiene en cuenta la hipotética. Si consideramos este fenómeno con más detalle, podemos suponer que los procesos que conducen a la liberación de energía en forma de radiación electromagnética no ocurren dentro de los agujeros negros. Entonces, si un agujero negro emite, lo hace en el espectro de Hawking (que coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro calentado). Sin embargo, como se mencionó anteriormente, esta radiación no se detectó, lo que sugiere que la temperatura de los agujeros negros es completamente baja.

Otra teoría generalmente aceptada dice que la radiación electromagnética no es en absoluto capaz de abandonar el horizonte de sucesos. Lo más probable es que los fotones (partículas de luz) no sean atraídos por objetos masivos, ya que, según la teoría, ellos mismos no tienen masa. Sin embargo, el agujero negro todavía “atrae” fotones de luz a través de la distorsión del espacio-tiempo. Si imaginamos un agujero negro en el espacio como una especie de depresión en la superficie lisa del espacio-tiempo, entonces hay una cierta distancia desde el centro del agujero negro, acercándose a la cual la luz ya no podrá alejarse de él. Es decir, a grandes rasgos, la luz empieza a “caer” en un “agujero” que ni siquiera tiene “fondo”.

Además, si tenemos en cuenta el efecto del corrimiento al rojo gravitacional, es posible que la luz en un agujero negro pierda su frecuencia, desplazándose a lo largo del espectro hacia la región de radiación de onda larga de baja frecuencia hasta perder energía por completo.

Por tanto, un agujero negro es de color negro y, por tanto, difícil de detectar en el espacio.

Métodos de detección

Veamos los métodos que utilizan los astrónomos para detectar un agujero negro:

Además de los métodos mencionados anteriormente, los científicos suelen asociar objetos como los agujeros negros y. Los cuásares son ciertos grupos de cuerpos cósmicos y gas, que se encuentran entre los objetos astronómicos más brillantes del Universo. Dado que tienen una alta intensidad de luminiscencia en tamaños relativamente pequeños, hay motivos para suponer que el centro de estos objetos es un agujero negro supermasivo que atrae la materia circundante. Debido a una atracción gravitacional tan poderosa, la materia atraída se calienta tanto que irradia intensamente. El descubrimiento de este tipo de objetos suele compararse con el descubrimiento de un agujero negro. A veces, los quásares pueden emitir chorros de plasma calentado en dos direcciones: chorros relativistas. Las razones de la aparición de tales chorros no están del todo claras, pero probablemente sean causadas por la interacción de los campos magnéticos del agujero negro y el disco de acreción, y no son emitidas directamente por el agujero negro.

Jet en la galaxia M87 disparado desde el centro del agujero negro

Para resumir lo anterior, uno puede imaginarse, de cerca: se trata de un objeto negro esférico alrededor del cual gira materia muy caliente, formando un disco de acreción luminoso.

Fusiones y colisiones de agujeros negros.

Uno de los fenómenos más interesantes de la astrofísica es la colisión de agujeros negros, que también permite detectar cuerpos astronómicos tan masivos. Estos procesos no sólo interesan a los astrofísicos, ya que dan lugar a fenómenos poco estudiados por los físicos. El ejemplo más sorprendente es el evento mencionado anteriormente llamado GW150914, cuando dos agujeros negros se acercaron tanto que, como resultado de su atracción gravitacional mutua, se fusionaron en uno solo. Una consecuencia importante de esta colisión fue la aparición de ondas gravitacionales.

Según la definición, las ondas gravitacionales son cambios en el campo gravitacional que se propagan de forma ondulatoria desde objetos masivos en movimiento. Cuando dos de estos objetos se acercan, comienzan a girar alrededor de un centro de gravedad común. A medida que se acercan, aumenta su rotación alrededor de su propio eje. Estas oscilaciones alternas del campo gravitacional pueden formar en algún momento una poderosa onda gravitacional que puede extenderse por el espacio durante millones de años luz. Así, a una distancia de 1.300 millones de años luz, dos agujeros negros colisionaron generando una potente onda gravitacional que llegó a la Tierra el 14 de septiembre de 2015 y fue registrada por los detectores LIGO y VIRGO.

¿Cómo mueren los agujeros negros?

Obviamente, para que un agujero negro deje de existir, tendría que perder toda su masa. Sin embargo, según su definición, nada puede salir del agujero negro si ha cruzado su horizonte de sucesos. Se sabe que la posibilidad de emisión de partículas de un agujero negro fue mencionada por primera vez por el físico teórico soviético Vladimir Gribov, en su conversación con otro científico soviético, Yakov Zeldovich. Sostuvo que desde el punto de vista de la mecánica cuántica, un agujero negro es capaz de emitir partículas a través del efecto túnel. Más tarde, utilizando la mecánica cuántica, el físico teórico inglés Stephen Hawking construyó su propia teoría, ligeramente diferente. Puedes leer más sobre este fenómeno. En pocas palabras, en el vacío existen las llamadas partículas virtuales, que constantemente nacen en pares y se aniquilan entre sí, sin interactuar con el mundo exterior. Pero si tales pares aparecen en el horizonte de sucesos de un agujero negro, entonces hipotéticamente una fuerte gravedad es capaz de separarlos, con una partícula cayendo en el agujero negro y la otra alejándose del agujero negro. Y dado que se puede observar una partícula que se aleja del agujero y, por lo tanto, tiene energía positiva, entonces una partícula que cae en un agujero debe tener energía negativa. Así, el agujero negro perderá su energía y se producirá un efecto que se denomina evaporación del agujero negro.

Según los modelos existentes de agujero negro, como se mencionó anteriormente, a medida que su masa disminuye, su radiación se vuelve más intensa. Luego, en la etapa final de la existencia del agujero negro, cuando pueda reducirse al tamaño de un agujero negro cuántico, liberará una enorme cantidad de energía en forma de radiación, que podría ser equivalente a miles o incluso millones de energía atómica. bombas Este evento recuerda algo a la explosión de un agujero negro, como la misma bomba. Según los cálculos, los agujeros negros primordiales podrían haber nacido como resultado del Big Bang, y aquellos con una masa de aproximadamente 10 12 kg se habrían evaporado y explotado en nuestra época. Sea como fuere, los astrónomos nunca han notado tales explosiones.

A pesar del mecanismo propuesto por Hawking para destruir los agujeros negros, las propiedades de la radiación de Hawking provocan una paradoja en el marco de la mecánica cuántica. Si un agujero negro absorbe un determinado cuerpo y luego pierde la masa resultante de la absorción de este cuerpo, entonces, independientemente de la naturaleza del cuerpo, el agujero negro no diferirá de lo que era antes de absorber el cuerpo. En este caso, la información sobre el cuerpo se pierde para siempre. Desde el punto de vista de los cálculos teóricos, la transformación del estado puro inicial en el estado mixto (“térmico”) resultante no se corresponde con la teoría actual de la mecánica cuántica. Esta paradoja a veces se denomina desaparición de información en un agujero negro. Nunca se ha encontrado una solución definitiva a esta paradoja. Soluciones conocidas a la paradoja:

La invalidez de la teoría de Hawking. Esto conlleva la imposibilidad de destruir un agujero negro y su constante crecimiento.
Presencia de agujeros blancos. En este caso, la información absorbida no desaparece, sino que simplemente es arrojada a otro Universo.
La inconsistencia de la teoría generalmente aceptada de la mecánica cuántica.

Problema sin resolver de la física de los agujeros negros

A juzgar por todo lo descrito anteriormente, los agujeros negros, aunque se han estudiado durante un tiempo relativamente largo, todavía tienen muchas características cuyos mecanismos aún son desconocidos para los científicos.

En 1970, un científico inglés formuló el llamado. "El principio de la censura cósmica" - "La naturaleza aborrece la singularidad desnuda". Esto significa que las singularidades se forman sólo en lugares ocultos, como el centro de un agujero negro. Sin embargo, este principio aún no ha sido probado. También hay cálculos teóricos según los cuales puede surgir una singularidad "desnuda".
Tampoco se ha demostrado el “teorema de la falta de pelo”, según el cual los agujeros negros sólo tienen tres parámetros.
No se ha desarrollado una teoría completa de la magnetosfera del agujero negro.
No se han estudiado la naturaleza y la física de la singularidad gravitacional.
No se sabe con certeza qué sucede en la etapa final de la existencia de un agujero negro y qué queda después de su desintegración cuántica.

Datos interesantes sobre los agujeros negros

Resumiendo lo anterior, podemos destacar varias características interesantes e inusuales de la naturaleza de los agujeros negros:

Los BH tienen solo tres parámetros: masa, carga eléctrica y momento angular. Debido al número tan pequeño de características de este cuerpo, el teorema que lo establece se llama "teorema sin pelo". De aquí también surgió la frase “un agujero negro no tiene pelo”, lo que significa que dos agujeros negros son absolutamente idénticos, sus tres parámetros mencionados son los mismos.
La densidad del agujero negro puede ser menor que la densidad del aire y la temperatura es cercana al cero absoluto. De esto podemos suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación de una gran cantidad de materia en un determinado volumen.
El tiempo pasa mucho más lento para los cuerpos absorbidos por un agujero negro que para un observador externo. Además, los cuerpos absorbidos se estiran significativamente dentro del agujero negro, lo que los científicos llaman espaguetificación.
Puede haber alrededor de un millón de agujeros negros en nuestra galaxia.
Probablemente exista un agujero negro supermasivo en el centro de cada galaxia.
En el futuro, según el modelo teórico, el Universo llegará a la llamada era de los agujeros negros, cuando los agujeros negros se convertirán en los cuerpos dominantes del Universo.

Como parte de una muñeca cósmica, nuestro universo puede estar ubicado dentro de un agujero negro, que a su vez es parte del universo más grande. Todos los agujeros negros descubiertos en nuestro Universo, desde los microscópicos hasta los supermasivos, pueden ser puertas a realidades alternativas.

Una de las últimas teorías "alucinógenas" dice que un agujero negro es un túnel entre universos, algo así como un agujero de gusano. El agujero negro no colapsa en un punto, como se esperaba, sino que se convierte en un "agujero blanco" en el otro extremo del agujero negro.

En un artículo publicado en la revista Physics Letters B, el físico de la Universidad de Indiana Nikodem Poplavsky presentó un nuevo modelo matemático para el movimiento en espiral de la materia que cae en un agujero negro. Sus ecuaciones muestran que tales agujeros de gusano son alternativas viables a las singularidades del espacio-tiempo que, según la hipótesis de Albert Einstein, se encuentran en el centro de los agujeros negros.

Según las ecuaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein, las singularidades se crean cuando la materia en una región se vuelve demasiado densa, como en el corazón superdenso de un agujero negro.

La teoría de Einstein sugiere que las singularidades no ocupan espacio, son infinitamente densas e infinitamente calientes, lo que, en principio, está respaldado por numerosas pruebas indirectas, pero sigue siendo difícil de entender para muchos científicos.

Si Poplavsky tiene razón, quizá no tenga por qué entenderlo.

Según las nuevas ecuaciones, la materia que el agujero negro absorbe y aparentemente destruye se convierte en material de construcción para galaxias, estrellas y planetas en otra realidad.

¿Pueden los agujeros de gusano resolver el misterio del Big Bang?

Poplavsky dice que entender los agujeros negros como agujeros de gusano podría explicar ciertos misterios de la cosmología moderna. Por ejemplo, la teoría del big bang afirma que el universo comenzó con una singularidad. Pero los científicos no están satisfechos con la explicación de cómo se pudo haber formado tal singularidad en primer lugar. Si nuestro universo nació de un agujero blanco en lugar de una singularidad, "eso resuelve el problema de las singularidades de los agujeros negros y la singularidad del Big Bang".

Los agujeros de gusano también pueden explicar los estallidos de rayos gamma, la segunda explosión más poderosa del universo después del Big Bang. Los estallidos de rayos gamma ocurren en la periferia del universo conocido. Se han relacionado con supernovas, o muertes de estrellas, en galaxias distantes, pero sus fuentes exactas son un misterio. Poplavsky sugiere que las explosiones pueden ser eyecciones de materia de universos alternativos. La materia ingresa a nuestro universo a través de agujeros negros supermasivos (agujeros de gusano) en el corazón de las galaxias, aunque no está claro cómo es posible.

“La idea es una locura, pero ¿quién sabe?”, afirma el científico.
Hay al menos una forma de comprobar la teoría de Poplavsky. Algunos de los agujeros negros de nuestro universo están girando, y si nuestro universo nació dentro del mismo agujero negro giratorio, entonces debería heredar la rotación de su objeto padre. Si experimentos futuros muestran que nuestro universo gira en la dirección esperada, esto podría ser una evidencia indirecta de la teoría de los agujeros de gusano.

¿Pueden los agujeros de gusano producir “materia exótica”?

Según los físicos, la teoría del agujero de gusano también puede explicar por qué algunas características de nuestro universo se desvían de lo que predice la teoría. Según el modelo estándar de la física, después del Big Bang, la curvatura del Universo debería aumentar con el tiempo, por lo que después de 13,7 mil millones de años, es decir, hoy, deberíamos estar sentados en la superficie de un Universo esférico cerrado.

Sin embargo, las observaciones muestran que el Universo es plano en todas direcciones. Además, los datos luminosos del Universo joven muestran que la temperatura después del Big Bang fue aproximadamente la misma en todas partes. Esto significa que los objetos más distantes que vemos en el extremo opuesto del universo estaban lo suficientemente cerca entre sí como para estar en equilibrio, como moléculas de gas en una cámara sellada.

Una vez más, las observaciones no coinciden con las predicciones porque los objetos opuestos en el universo conocido están tan alejados que el tiempo que llevaría viajar entre ellos a la velocidad de la luz excede la edad del universo.

Para explicar las discrepancias, los astrónomos desarrollaron la teoría inflacionaria.

La inflación sugiere que poco después de la creación del universo, experimentó un rápido crecimiento durante el cual el espacio mismo se expandió a más velocidad que la velocidad de la luz. El universo se extendió desde el tamaño de un átomo hasta proporciones astronómicas en una fracción de segundo.

Por tanto, el universo parece plano porque estamos en una esfera que es extremadamente grande desde nuestro punto de vista; entonces la Tierra parece plana para alguien que se encuentra en un campo.

La inflación también explica cómo objetos que están muy separados podrían alguna vez estar lo suficientemente cerca como para interactuar. Pero incluso si asumimos que la inflación es real, los astrónomos luchan por explicar qué la causó. Y aquí es donde la nueva teoría de los agujeros de gusano viene al rescate.

Según Poplavsky, algunas teorías inflacionarias dicen que el evento fue causado por "materia exótica", una sustancia teórica que es diferente de la materia normal en parte porque es repelida en lugar de atraída por la gravedad. Basándose en estas ecuaciones, Poplavsky concluyó que una materia tan exótica podría haber surgido cuando algunas de las primeras estrellas masivas colapsaron en agujeros de gusano.

"Puede haber habido alguna interacción entre la materia exótica que formó los agujeros de gusano y la materia exótica que causó la inflación", dice.
Ecuaciones de agujeros de gusano: "una buena solución"

El nuevo modelo no es el primero en sugerir que existen otros universos dentro de los agujeros negros. Damien Isson, físico teórico de la Universidad de Arizona, ya lo había sugerido anteriormente.

"¿Qué hay de nuevo? Que la solución a los agujeros de gusano en la relatividad general es una transición desde el exterior del agujero negro al interior del nuevo universo”, afirma Isson, que no participó en la investigación de Poplavsky. "Simplemente asumimos que tal solución podría existir, pero Poplavsky la encontró".
Sin embargo, la idea le parece muy controvertida a Isson.

"¿Es posible? Sí. ¿Es probable tal escenario? Ni siquiera lo sé. Pero definitivamente es interesante”.
El trabajo futuro en gravedad cuántica (el estudio de la gravedad a nivel subatómico) perfeccionará las ecuaciones y potencialmente confirmará o refutará la teoría de Poplavsky.

No hay nada sorprendente en la teoría del agujero de gusano.

En general, la teoría del agujero de gusano es interesante, pero no innovadora, y no arroja ninguna luz sobre los orígenes del universo, dijo Andreas Albrecht, físico de la Universidad de California en Davis, que tampoco participó en el estudio.

Al afirmar que nuestro universo fue creado a partir de un trozo de materia del universo original, la teoría simplemente traslada el acontecimiento del origen de todas las cosas a una realidad alternativa. En otras palabras, no explica cómo surgió el universo padre ni por qué el nuestro tiene las propiedades que tiene; además, las propiedades deben heredarse, lo que significa que el universo padre será el mismo.

"Hay varios problemas apremiantes que estamos tratando de resolver, y no está claro a dónde conducirá todo esto", dice, destacando la investigación de Poplavsky.
Sin embargo, a Albrecht no le parece más extraña la idea de agujeros de gusano que unen universos que la idea de singularidades en los agujeros negros, y no está dispuesto a descartar una nueva teoría sólo porque parezca un poco loca.

"Todo lo que hace la gente en esta industria es bastante extraño", afirma. - “No tienes derecho a decir que ganará la idea menos extraña, porque eso no sucederá, bajo ninguna circunstancia”.