¿QUÉ SON Y COMO SE CREAN LOS AGUJEROS NEGROS?

DANIEL MORALES ISAZA

COLEGIO PARROQUIAL NUESTRA SEÑORA DE CHIQUINQUIRÁÁREA CIENCIAS NATURALES

BELLO2015

¿QUÉ SON Y COMO SE CREAN LOS AGUJEROS NEGROS?

DANIEL MORALES ISAZA

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN

PROFESORAMARTHA ÁLVAREZ

COLEGIO PARROQUIAL NUESTRA SEÑORA DE CHIQUINQUIRÁÁREA CIENCIAS NATURALES

BELLO2015

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 4

1. OBJETIVOS 5

1.1.1 OBJETIVO GENERAL

1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 6

1.2.1 DEFINICIÓN

1.2.2 JUSTIFICACIÓN

1.3 MARCO TEÓRICO 7

1.4 MATERIALES, MÉTODOS, LUGAR DE REALIZACIÓN, EVIDENCIAS 14

1.4.1 MATERIALES

1.4.2 METODOLOGÍA

1.4.3 LUGAR DE REALIZACIÓN

1.4.4 EVIDENCIAS

1.5 DESARROLLO DEL PROYECTO 15

1.6 CRONOGRAMA 16

1.7 CONCLUSIONES 17

1.8 CIBERGRAFÍA 18

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INTRODUCCIÓN

Un agujero negro es considerado una región del espacio-tiempo provocada por una gran concentración de masa en su interior, con un gran aumento en su densidad, y esto provoca que su campo gravitatorio sea tan fuerte y acelerado que ninguna partícula material que sea absorbida por este campo puede escapar de el.

La gravedad de un agujero negro se considera como la curvatura del espacio-tiempo, y esta provoca algo llamado “horizonte de sucesos” y esto sucede gracias a la gran cantidad de energía del objeto celeste. El horizonte de sucesos es el separa la región del agujero negro del resto del universo, y es la superficie límite del espacio a partir de la cual ninguna partícula pude salir, incluso la luz.

Esta curvatura o gravedad de los agujeros negros es estudiada por la relatividad general, que fue la ley que predijo la existencia de los agujeros negros. En los años 70, Hawking y Ellis demostraron varios teoremas importantes sobre como ocurren y como es geometría. En el año 1963, Roy Kerr había demostrado que en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, la geometría de los agujeros negros debía ser casi esférica, y era determinada por tres parámetros como son su masa M, su carga eléctrica total e y su momento angular L.

Se cree que en el centro de la mayoría de las galaxias, dentro de ellas la vía láctea, hay agujeros negros llamados supermasivos. La existencia de agujeros negros está basada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas.

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1. OBJETIVOS

1.1.1 OBJETIVO GENERALDar a conocer la existencia de los agujeros negros, cómo se crean en el universo y todas las teorías involucradas en este tema de estudio.

1.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Entender el proceso de su descubrimiento y las personas que estuvieron involucradas en el.

Clasificar los tipos de agujeros negros que existen.

Resolver preguntas frecuentes acerca de los agujeros negros, ¿cómo se comportan en el universo, qué tamaño tiene, cuál es su aspecto, si es posible que se trague el sol, o la tierra?

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1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.2.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

En el presente trabajo se resolverá la pregunta de qué son y cómo se crean los agujeros negros en el universo.

1.2.2 JUSTIFICACIÓN

Saber cómo se conforma y como va evolucionando el universo cada día, ha sido una gran incógnita para la humanidad, saber que sucede afuera de nuestro planeta y como esto puede afectar nuestras vidas es de gran importancia.

En este trabajo se pretende dar respuesta a varias incógnitas que se tienen acerca de los agujeros negros, sobre la veracidad de su existencia, de su comportamiento en el universo y de cómo estos pueden o no afectar nuestra existencia en la Tierra.

Se realizará una investigación documentada, basada en argumentos y teorías aprobadas por la ciencia. A parte de este trabajo de investigación documentado, se realiza una exposición del tema para los compañeros de clase, con una presentación en diapositivas y la elaboración de una encuesta que más adelante se graficará.

Considero que es un tema importante para saber e investigar más a fondo, ya que la gran mayoría de las personas no conoce mucho a cerca de ellos, o tienen un conocimiento errado sobre el tema.

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1.3 MARCO TEÓRICO

Breve historia sobre los agujeros negros Jhon Michel1783

En este trabajo, Michel basado en que existe una velocidad requerida para que un cuerpo logre escapar a la atracción gravitatoria de un cuerpo masivo; dedujo que deberían existir estrellas tan masivas que su velocidad de escape superaría a la de la luz, que es de unos 300.000 km por segundo.

https://abcienciade.wordpress.com/2009/09/14/breve-historia-de-los-agujeros-negros/

¿Qué es un agujero negro? Karl Gebhart 2005-2008

Un agujero negro es un objeto con una gravedad tan fuerte que nada puede escaparse de él, ni siquiera la luz. La masa del agujero negro está concentrada en un punto de densidad casi infinita, llamado singularidad. En la propia singularidad, la gravedad es de una fuerza casi infinita, por lo que aniquila el espacio-tiempo normal.

http://blackholes.radiouniverso.org/recursos/preguntas/pregunta.php?id=1

Teoría de la Relatividad y los agujeros negros Albert Einstein 1915

La teoría de Einstein demostró que si la gravedad pudiera volverse lo bastante fuerte, despojaría a la luz de toda su energía, atrapándola de la misma forma en la que atrapa la atmósfera de un planeta. Sin embargo para que la gravedad fuera tan fuerte, su fuente tendría que ser un objeto extremadamente denso; uno con una masa muy grande comprimida en un espacio muy pequeño.

http://www.relatividad.org/bhole/general.html

Teoría de los agujeros negros Karl Schwarzschild 1916

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El astrónomo alemán Karl Schwarzschild calculó cuán comprimida tendría que estar una estrella para que su gravedad atrape la luz. Según los cálculos de Schwarzschild, una estrella del tamaño del Sol, es decir, de 1.392.000 kilómetros de diámetro, tendría que encogerse a menos de 3 kilómetros de ancho.

http://www.geocities.com/jf_ravelo/agujneg.html

Formación de un agujero negro Robert Openheimer 1939

Robert Openheimer describió lo que le sucedería a una estrella si estuviera por fuera del límite de Chandrasekhar. El campo gravitatorio de la estrella cambia los rayos de luz en el espacio - tiempo, ya que los rayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentro de la superficie de la estrella.

Cada vez se hace más difícil que la luz escape, y la luz se muestra más débil y roja para un observador. Cuando la estrella alcanza un radio crítico, el campo gravitatorio crece con una intensidad que la luz ya no puede escapar.

Esta región es llamada hoy un agujero negro.

http://html.rincondelvago.com/agujeros-negros_5.html

Agujeros negros y material oscura Stephen Hawking y Roger Penrose 1967

Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se podía impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso.

http://sciencestage.com/v/1551/agujeros-negros-y-materia-oscura.html

Los agujeros negros J. Robert Oppenheimer y Hartland S. Snyder 1939

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Los físicos estadounidenses J. Robert Oppenheimer y Hartland S. Snyder descubrieron que es posible para estrellas mucho más grandes que el Sol volverse tan pequeñas. La mayor parte de sus vidas las estrellas mantienen un tamaño constante debido a que contienen un equilibrio de fuerzas: el calor generado por el combustible ardiendo expande la estrella, mientras la fuerza de gravedad la contrae. Eventualmente, en miles de millones de años, la estrella agota su combustible nuclear y colapsa bajo su propio peso.

http://html.rincondelvago.com/agujeros-negros_10.html

¿Por qué ese nombre? Roy Kerr 1963

La denominación de Agujero negro es atribuida a Jhon Archibal Wheeler, y la utilizo básicamente porque este fenómeno no es visible. Antes de recibir este nombre tenia denominaciones como estrella congelada, ojo del diablo, entre otras.

Así mismo Stephan Hawking junto con Roger Penrose definen el agujero negro como “un conjunto de sucesos del cual nada es posible escapar a gran distancia.”

http://www.cosmopediaonline.com/an_denominacion.html

Agujeros negros y materia oscura Robert Oppenheimer 1939

Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapso gravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza.

http://sciencestage.com/v/1551/agujeros-negros-y-materia-oscura.html

Descubrimientos recientes de agujeros negros Reinhard GenzelDic 2008

Un equipo del Instituto Max Planck dirigido por Reinhard Genzel confirma la existencia de tal agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea

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calculándosele una masa de 4 millones de soles y considerándole a una distancia de 27.000 años luz (unos 254.000 millones de km respecto de la Tierra).

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro

El menor agujero negro Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk Abril 2008

Un equipo coordinado por Nikolai Saposhnikov y Lev Titarchuk ha identificado el más pequeño de los agujeros negros conocidos hasta la fecha; ha sido denominado J 1650, se ubica en la constelación Ara (o Altar) de la Vía Láctea (la misma galaxia de la cual forma parte la Tierra). J 1650 tiene una masa equivalente a 3,8 soles y tan solo 24 km de diámetro se habría formado por el colapso de una estrella; tales dimensiones estaban previstas por las ecuaciones de Einstein.

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro

Agujero negro supermasivo Paolo Padovani Mayo 2004

Paolo Padovani y otros astrónomos anunciaron el descubrimiento de 30 agujeros negros supermasivos fuera de la Vía Láctea. Su descubrimiento sugiere que hay al menos el doble de estos agujeros negros de los que se pensaba previamente.

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro_supermasivo

¿Cómo puede observarse un agujero negro? Almanaque mundial 1999

Los agujeros negros tienen masa, la cual produce una fuerza gravitacional que afecta a objetos cercanos. La fuerza gravitacional debe ser muy intensa cerca de los agujeros negros, y podrían verse los efectos en su ambiente. El material que

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cae dentro del agujero negro, y sería aplastado y calentado al tratar de colarse en la pequeña garganta del agujero negro, por lo que produciría rayos-X.

http://html.rincondelvago.com/agujeros-negros_5.html

¿Qué pasaría si el sol se convierte en un agujero negro? Ted Bunn Agosto 1998

El Sol va a quedarse aproximadamente igual que está ahora durante otros cinco mil millones de años o así. Luego pasará por una breve etapa de estrella gigante roja, durante la cual se expandirá para engullir los planetas Mercurio y Venus, y hacer la vida bastante incómoda en la Tierra (océanos hirviendo, la atmósfera escapándose, esa clase de cosas). Después de eso, el Sol terminará su vida convirtiéndose en una aburrida estrella enana blanca.

http://www.terra.es/personal3/dalton22/AgujerosNegros_FAQ.htm#q6

Los agujeros negros del centro de las galaxias podrían ser burbujas de acciones Eduardo J. Carletti Noviembre 2006

Las burbujas de materia oscura, formadas por axiones, podían "disfrazarse" de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Si es así, esto podría explicar el desconcertante patrón de las emisiones de rayos X del centro de la Vía Láctea. Los cosmólogos saben que de las galaxias alojan un objeto supermasivo en su centro y creen que éstos deben ser agujeros negros. Se piensa que el responsable de las llamaradas de rayos X que vienen del centro de nuestra galaxia es un agujero negro. Pero observaciones recientes muestran que estas llamaradas se producen cada más o menos 20 minutos; una regularidad que es difícil de explicar en términos del comportamiento de un agujero negro.

http://axxon.com.ar/not/168/c-1680156.htm

Límite de ChandrasekharSubrahmanyan Chandrasekhar1930

El límite de Chandrasekhar es la máxima masa posible de una estrella fría estable. Si se supera este límite la estrella colapsará para convertirse en un agujero negro o en una estrella de neutrones.

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En astrofísica, el límite de Chandrasekhar es el límite de masa más allá del cual la degeneración de electrones no es capaz de contrarrestar la fuerza de gravedad en un remanente estelar, produciéndose un colapso que origina una estrella de neutrones o un agujero negro. Existe también, al menos en teoría, un tercer posible resultado de este colapso, que daría lo que se conoce como a una estrella de quarks.

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_Chandrasekhar

Prueban con éxito teoría de S. Hawking sobre agujeros negros Stephen Hawking 1976

El físico Jeff Steinhauer ha logrado imitar en un laboratorio el funcionamiento de

un agujero negro a pequeña escala utilizando ondas de sonido en lugar de luz

para probar la llamada teoría de radiación de Hawking.

Postulada en 1976 por Stephen Hawking, la teoría asegura que los agujeros

negros emiten unas partículas por efecto de la mecánica cuántica. Tras 5 años de

trabajo, investigadores del Instituto de Tecnología Technion de Haifa, Israel, han

probado en un laboratorio que, efectivamente, se cumple la teoría establecida por

el científico británico.

Steinhauer asegura que el experimento prueba que "la idea de Hawking funciona.

Un agujero negro debería producir radiación de Hawking", explica. 

http://es.gizmodo.com/prueban-con-exito-una-teoria-de-stephen-hawking-sobre-a-

1645609342

Radiotelescopio revela los secretos de los agujeros negros masivos Andrea Naranjo Abril 2008

En los núcleos de muchas galaxias, los agujeros negros supermasivos expelen potentes chorros de partículas casi a la velocidad de la luz. Cómo realizan esto ha sido durante mucho tiempo uno de los misterios de la astrofísica. La teoría

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principal dice que las partículas son aceleradas por campos magnéticos muy retorcidos cerca del agujero negro, pero confirmar tal idea requería una esquiva visión cercana del interior de la garganta del chorro.

“Hemos obtenido la visión más clara hasta el momento de la porción más interna del chorro, donde las partículas son realmente aceleradas, y todo lo que vemos apoya la idea de que campos magnéticos retorcidos y enrollados están propulsando el material hacia fuera”, dijo Alan Marscher, de la Universidad de Boston, líder de un equipo internacional de investigación. “Este es un gran avance en nuestra comprensión de un proceso notable que tiene lugar en todo el universo”, añade.

http://feeds.feedburner.com/~r/CienciaKanija/~3/277816317/Resumen

Descubren un nuevo tipo de agujero negro Armando Herrero2009

Una nueva clase de agujeros negros, de un tamaño unas 500 veces superior al del

sol, ha sido descubierta por un equipo internacional de científicos del Centro de

Estudios Espaciales des Rayonnements de Toulouse.

Todos los agujeros negros identificados hasta el momento se encuadraban en dos categorías: supermasivos, con un tamaño de varios millones (o billones) de veces el del sol, o de masa estelar, con un tamaño similar al de una estrella.

"Está ampliamente aceptada la teoría de que los agujeros negros de masa estelar se forman por la agonía de grandes estrellas, pero aún desconocemos como se forman los supermasivos", explica Sean Farrel, investigador de la Universidad de Leicester y uno de los autores del descubrimiento.

"Una teoría es que pueden estar formadas por cierto número de agujeros negros intermedios, pero para probar esa teoría primero hay que probar su existencia", añade.

http://www.elmundo.es/elmundo/2009/07/01/ciencia/1246448731.html1.4 MATERIALES, METODOLOGÍA, LUGAR DE REALIZACION Y EVIDENCIAS

1.4.1 MATERIALES

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Para el desarrollo de este trabajo utilicé un computador con acceso a internet para leer y documentar toda la investigación, también utilice la papelería correspondiente para imprimir y presentar el trabajo y las encuestas.

Para la exposición en el salón de clases utilice la herramienta de Power Point para realizar la presentación con diapositivas.

1.4.2 METODOLOGÍA

Esta investigación se realizó en varias etapas, la primera constaba de una exposición para los compañeros de clase, la cual decidí presentar en diapositivas, así como la elaboración de unas preguntas en forma de encuestas que luego serán graficadas, por último la elaboración del trabajo de investigación escrito con todos los parámetros necesarios.

1.4.3 LUGAR DE REALIZACIÓN

Este trabajo investigativo tuvo su desarrollo principalmente en el aula de clases del grado 8-B del Colegio Parroquial Nuestra Señora de Chiquinquirá del municipio de Bello.

1.4.4 EVIDENCIAS

Se presentarán las evidencias de dicho trabajo en el bolsillo interno de la carpeta, en el cual se incluyen las imágenes de la exposición así mismo como la encuesta y su respectiva grafica.

1.5 DESARROLLO DEL PROYECTO

Habiendo analizado toda la información recopilada, se logra definir de la manera sencilla que es un agujero negro, entendiendo que es una región en el espacio de la que nada puede escaparse.

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Se crea cuando muere una estrella gigante roja, así como todo lo demás, las estrellas nacen, maduran y mueren. Cuando una estrella empieza a morir, quema todo la energía dentro de ella, estalla y forma una supernova (una explosión gigante causada por una estrella que muere) y la masa que queda se concentra en un punto pequeño al que se conoce como singularidad.

El campo gravitacional de este punto tiene tanta potencia que se convierte como en una gigante aspiradora. Nada puede escapar de ella, ni siquiera la luz. Como los agujeros negros absorben la luz, no los puedes ver (razón obvia por la que se llaman agujeros negros), pero sí llegas a ver partículas de planetas y estrellas que han sido aspiradas dentro del agujero debido a su campo gravitacional.

Los científicos no han podido descifrar lo que pasa con la masa cuando es aspirada dentro de los agujeros negros, por lo que solamente existen teorías. Para empezar, una de las leyes básicas de la física dice que tanto la masa como la energía no se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Esta teoría causa confusión ya que los agujeros negros aspiran todo en su camino y desaparece sin rastro alguno.

Por 30 años, Stephen Hawking, uno de los físicos más respetados, ha dicho que ni la energía ni la masa pueden escapar de los agujeros negros. Esto llevó a algunos investigadores a razonar entonces que los agujeros negros son el único lugar en donde la masa y la energía pueden destruirse o que son portales a otros universos.

Los resultados de este trabajo se obtuvieron de varios estudios de los científicos que investigaron el universo, las galaxias, la vial actea, para saber más sobre estos fenómenos llamados agujeros negros ya que son unos de los fenómenos más impresionantes y misteriosos que hay en nuestro universo, y que aún son objeto de estudio.

1.6 CRONOGRAMA

ACTIVIDAD FECHASocialización del trabajo de investigación y Abril 6

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elaboración de las preguntas.

Primera entrega del trabajo de investigación: Portada, contraportada y 1 hoja de teoría.

Abril 27

Segunda entrega del trabajo de investigación: Objetivos generales y específicos, y una hoja de teoría.

Mayo 4

Entrega final de la primera parte del trabajo de investigación.

Mayo 15

Socialización de la segunda parte del trabajo de investigación.

Julio 15

Asesoría sobre el marco teórico

Semana del 3 al 7 de agosto

Exposiciones (diapositivas y encuesta) Semana del 10 al 14 de agosto

Entrega del trabajo final de investigación.

Agosto 18

1.7 CONCLUSIONES Se logró entender el proceso de creación de los agujeros negros y como se

comportan en el universo.

Comprendimos un poco más las leyes que intervienen en su formación.

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Conocimos sus principales investigadores, físicos, y científicos que han pasado su vida en el estudio de este maravilloso fenómeno.

Nos dimos cuenta que los agujeros negros son reales y que se han descubierto muchos a lo largo de la historia, hoy en día siguen habiendo mas descubrimientos de este tipo.

1.8 CIBERGRAFÍA

http://abcienciade.wordpress.com/2009/09/14/breve-historia-de-los-agujeros-negros/

http://blackholes.radiouniverso.org/recursos/preguntas/pregunta.php?id=1

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http://www.relatividad.org/bhole/general.html

http://html.rincondelvago.com/agujeros-negros_5.html

http://sciencestage.com/v/1551/agujeros-negros-y-materia-oscura.html

http://www.cosmopediaonline.com/an_denominacion.html

http://sciencestage.com/v/1551/agujeros-negros-y-materia-oscura.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Agujero_negro

http://www.terra.es/personal3/dalton22/AgujerosNegros_FAQ.htm#q6

http://axxon.com.ar/not/168/c-1680156.htm

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADmite_de_Chandrasekhar http://es.gizmodo.com/prueban-con-exito-una-teoria-de-stephen-hawking-sobre-a-

1645609342 http://www.elmundo.es/elmundo/2009/07/01/ciencia/1246448731.html http://feeds.feedburner.com/~r/CienciaKanija/~3/277816317/Resumen

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