Agujeros negros

 El término "agujero negro" fue inventado porEl término "agujero negro" fue inventado por
el astrofísico John Archibald Wheeler enel astrofísico John Archibald Wheeler en
19691969..
 FFenómeno no es visible a la vista y a queenómeno no es visible a la vista y a que
traga todo lo que está próximo a él como sitraga todo lo que está próximo a él como si
fuera un hoyo al que todos caen.fuera un hoyo al que todos caen.
 EEnfatizado sus aspectos exóticosnfatizado sus aspectos exóticos
inapropiadamente.inapropiadamente.
 MMitos y leyendasitos y leyendas ((misteriosos embudos,misteriosos embudos,
túneles del tiempo, viajes a otros universostúneles del tiempo, viajes a otros universos,,
otras dimensiones...)otras dimensiones...)

GravedadGravedad
 EEl mundo físico puede ser descrito en términos de cuatro fuerzasl mundo físico puede ser descrito en términos de cuatro fuerzas
básicas.básicas.
– Dos de ellas están relacionadas con la estructura interna de losDos de ellas están relacionadas con la estructura interna de los
átomosátomos..
– LaLa tercera, la fuerza electromagnética, domina la interacción de lostercera, la fuerza electromagnética, domina la interacción de los
átomos unos con otros.átomos unos con otros.
– La cuarta, y la más débil de estas fuerzas, es la gravedad.La cuarta, y la más débil de estas fuerzas, es la gravedad. SSólo esólo es
significativa cuando enormes números de átomos están juntossignificativa cuando enormes números de átomos están juntos.. LaLa
gravedad es la fuerza dominante en las vidas y muertes degravedad es la fuerza dominante en las vidas y muertes de
estrellas y galaxias.estrellas y galaxias.
 Cualquier átomo tiene una propiedad llamada masa, que mide cuántoCualquier átomo tiene una propiedad llamada masa, que mide cuánto
material hay en el objeto.material hay en el objeto. LLa gravedad produce la sensación de peso.a gravedad produce la sensación de peso.
En la Luna es de sólo un sexto del que hay en la Tierra, de modo queEn la Luna es de sólo un sexto del que hay en la Tierra, de modo que
el peso depende de dónde se está, mientras que la masa es unael peso depende de dónde se está, mientras que la masa es una
propiedad intrínseca de todos los objetos.propiedad intrínseca de todos los objetos.
 Isaac Newton describió la gravedadIsaac Newton describió la gravedad.. En 1915 Albert Einstein cambióEn 1915 Albert Einstein cambió
nuestra idea de lo que es la gravedad, pero la descripción de Newtonnuestra idea de lo que es la gravedad, pero la descripción de Newton
es adecuada.es adecuada.
 LLa gravedad es una fuerza de atracción universal que causa que losa gravedad es una fuerza de atracción universal que causa que los
objetos "caigan" y que trata de juntar los objetos como estrellas yobjetos "caigan" y que trata de juntar los objetos como estrellas y
galaxias. Es probable que tenga éxito, a menos que se le opongagalaxias. Es probable que tenga éxito, a menos que se le oponga
alguna otra fuerza.alguna otra fuerza.

 Fue esbozado por primera vez por el físico inglés John Michell enFue esbozado por primera vez por el físico inglés John Michell en
1783.1783.
 UUn objeto con una fuerza de gravedad en su superficie tan grande quen objeto con una fuerza de gravedad en su superficie tan grande que
nada puede escapar de élnada puede escapar de él,, ni siquiera la luz si es que ésta estuvierani siquiera la luz si es que ésta estuviera
afectada por la gravedad (cosa que hace 200 años no se sabía).afectada por la gravedad (cosa que hace 200 años no se sabía).
 Antes de medir la velocidad de la luzAntes de medir la velocidad de la luz,, se pensaba que un cuerpo podíase pensaba que un cuerpo podía
alcanzar una velocidad infinita y por lo tanto el agujero negro era unalcanzar una velocidad infinita y por lo tanto el agujero negro era un
cuerpo en el que la velocidad de escape era infinita también. Esto sólocuerpo en el que la velocidad de escape era infinita también. Esto sólo
podía ocurrir cuando se tratara de un astro de masa infinita o depodía ocurrir cuando se tratara de un astro de masa infinita o de
densidad infinita.densidad infinita.
 Se trataba de casos fuera de la lógica y por ello no se le dioSe trataba de casos fuera de la lógica y por ello no se le dio
importancia siendo aparcado en el olvido.importancia siendo aparcado en el olvido.
 En la primera decada del siglo XX (1905), Albert Einstein publicó laEn la primera decada del siglo XX (1905), Albert Einstein publicó la
teoría de la relatividad, la cual brindó a los astrónomos la posibilidad deteoría de la relatividad, la cual brindó a los astrónomos la posibilidad de
poder entender los descubrimientos que se realizarían posteriormente.poder entender los descubrimientos que se realizarían posteriormente.
Un de ellos fue la existencia de los agujeros negros.Un de ellos fue la existencia de los agujeros negros.
 Desde la perspectiva de la teoría de la relatividad, ni la física ni lasDesde la perspectiva de la teoría de la relatividad, ni la física ni las
matemáticas que conocemos se cumplen.matemáticas que conocemos se cumplen.
 Las cosas no funcionan siguiendo nuestra lógica, por lo que convierte aLas cosas no funcionan siguiendo nuestra lógica, por lo que convierte a
los agujeros negros en un fenómeno más que interesantelos agujeros negros en un fenómeno más que interesante..

ImaginarImaginar
 Tener un movimiento cuya distancia noTener un movimiento cuya distancia no
puede ser medida.puede ser medida.
 Tener un disco compacto con cinco caras yTener un disco compacto con cinco caras y
que pueda ser a la vez bidimensional.que pueda ser a la vez bidimensional.
 ¿Qué pasará con los agujeros negros en el¿Qué pasará con los agujeros negros en el
universo?universo?
 ¿Cómo se comportan?¿Cómo se comportan?
 ¿Qué tamaño tienen?¿Qué tamaño tienen?
 ¿Acabarán con la existencia del universo?¿Acabarán con la existencia del universo?

¿Pero qué son?¿Pero qué son?
¿Existen en realidad?¿Existen en realidad?

Definición y característicasDefinición y características

 Son lugares en el espacio donde su gravedad es tan fuerte queSon lugares en el espacio donde su gravedad es tan fuerte que nini la luzla luz nono
ppuedeuede escapar.escapar.
 TTienen una enorme cantidad de masa concentrada en un espacio muyienen una enorme cantidad de masa concentrada en un espacio muy
reducido, como comprimir la masa de una gigantesca montaña en unreducido, como comprimir la masa de una gigantesca montaña en un
centímetro cúbico.centímetro cúbico.
 UUn agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerten agujero negro es un cuerpo celeste con un campo gravitatorio tan fuerte
que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de suque ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su
proximidadproximidad,, de alta densidad con una masa pequeñade alta densidad con una masa pequeña,, condensada en uncondensada en un
volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muyvolumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con una masa muy
grande, como una colección de millones de estrellas en el centro de unagrande, como una colección de millones de estrellas en el centro de una
galaxia.galaxia.
 Todo agujero negro está rodeado por una frontera llamada horizonteTodo agujero negro está rodeado por una frontera llamada horizonte,, queque
es la región de la que no se puede escapar, si algo permanece afuera deles la región de la que no se puede escapar, si algo permanece afuera del
horizonte puede evitar ser absorbido.horizonte puede evitar ser absorbido.
 La luz puede entrar a través del horizonte, pero no puede salir, por lo queLa luz puede entrar a través del horizonte, pero no puede salir, por lo que
parece ser completamente negro.parece ser completamente negro.
 LLa gravitación modifica el espacio y el tiempo. Cuando un observador sea gravitación modifica el espacio y el tiempo. Cuando un observador se
acerca al horizonte desde el exterior, el tiempo se retrasa con relación al deacerca al horizonte desde el exterior, el tiempo se retrasa con relación al de
observadores a distancia, deteniéndose completamente en el horizonte.observadores a distancia, deteniéndose completamente en el horizonte.
 En la parte exterior del horizonte se forma una ergosfera, dentro de la cualEn la parte exterior del horizonte se forma una ergosfera, dentro de la cual
la materia se ve obligada a girar con el agujero negro. En principio, lala materia se ve obligada a girar con el agujero negro. En principio, la
energía sólo puede ser emitida por la ergosfera.energía sólo puede ser emitida por la ergosfera.

HistoriaHistoria
Cronología deCronología de
conceptosconceptos

 A finales del siglo XVIIA finales del siglo XVII,, Isaac NewtonIsaac Newton
unió el cielo y la Tierra. Basándose enunió el cielo y la Tierra. Basándose en
los estudios del movimiento de loslos estudios del movimiento de los
planetas hechos por Tycho Brahe yplanetas hechos por Tycho Brahe y
Johannes Kepler, dedujo la existenciaJohannes Kepler, dedujo la existencia
de una fuerza que hacía que el Sol, lade una fuerza que hacía que el Sol, la
Tierra, la Luna y todas las cosas queTierra, la Luna y todas las cosas que
contiene el cosmos se atraigan unas acontiene el cosmos se atraigan unas a
otras: ley que hace que los planetas seotras: ley que hace que los planetas se
muevan como se muevenmuevan como se mueven yy que nosque nos
mantiene con los pies en el suelo,mantiene con los pies en el suelo,
impidiendo que seamos proyectados alimpidiendo que seamos proyectados al
espacio.espacio.

 En 1783 John Michell escribió unEn 1783 John Michell escribió un
artículo en el que describía que estrellaartículo en el que describía que estrella
que fuera suficientemente masiva yque fuera suficientemente masiva y
compacta tendría un campo gravitatoriocompacta tendría un campo gravitatorio
tan fuerte que ni la luz podría escapar.tan fuerte que ni la luz podría escapar.
 Pocos años después, en 1796, elPocos años después, en 1796, el
científico francés Pierre Laplace incluyócientífico francés Pierre Laplace incluyó
esta idea en su libro "El sistema delesta idea en su libro "El sistema del
mundo", sin embargo, quizás pensómundo", sin embargo, quizás pensó
que era una locura y no volvió aque era una locura y no volvió a
publicar documentación al respectopublicar documentación al respecto..

 En 1916En 1916,, Karl Schwarzschild definió elKarl Schwarzschild definió el
radio de Schwarzschild como el radioradio de Schwarzschild como el radio
del horizonte de sucesos en el que ladel horizonte de sucesos en el que la
masa de un cuerpo puede llegar a sermasa de un cuerpo puede llegar a ser
comprimida para formar un agujerocomprimida para formar un agujero
negro; la masa de un cuerpo y su radionegro; la masa de un cuerpo y su radio
de Schwarzschild son directamentede Schwarzschild son directamente
proporcionales: si un agujero negroproporcionales: si un agujero negro
pesa diez veces más que otro, su radiopesa diez veces más que otro, su radio
es diez de veces más grande.es diez de veces más grande.

 En 1963En 1963,, Roy Kerr describió el comportamientoRoy Kerr describió el comportamiento
teórico de un agujero negro en rotación.teórico de un agujero negro en rotación. PPredecíaredecía
una rotación constante en velocidad, siendo launa rotación constante en velocidad, siendo la
forma y el tamaño dependientes de la velocidad deforma y el tamaño dependientes de la velocidad de
rotación y de la masa del agujerorotación y de la masa del agujero yy una relaciónuna relación
directa entre la velocidad y el grado dedirecta entre la velocidad y el grado de
deformación (a mayor velocidad, mayordeformación (a mayor velocidad, mayor
deformación)deformación)..
 TTambién en este añoambién en este año,, Maarten Schmidt midió elMaarten Schmidt midió el
corrimiento rojo de un objetocorrimiento rojo de un objeto.. SSe pensó que nadae pensó que nada
más que un colapso gravitatorio de una regiónmás que un colapso gravitatorio de una región
central de una galaxia podría haber producidocentral de una galaxia podría haber producido
dicho corrimiento de materia y energía. Sindicho corrimiento de materia y energía. Sin
embargoembargo,, están demasiado lejanos y no podemosestán demasiado lejanos y no podemos
dar una evidencia concluyente de que sea undar una evidencia concluyente de que sea un
agujero negro.agujero negro.

 Desde 1965 a 1970, StephenDesde 1965 a 1970, Stephen
Hawking y Roger Penrose definenHawking y Roger Penrose definen
un agujero negro como el conjuntoun agujero negro como el conjunto
de sucesos del cual nada es posiblede sucesos del cual nada es posible
escapar a gran distancia.escapar a gran distancia.
Demostraron que debe haber unaDemostraron que debe haber una
singularidad de densidad ysingularidad de densidad y
curvatura del espacio-tiempocurvatura del espacio-tiempo
infinitas dentro de un agujero negro.infinitas dentro de un agujero negro.

 En 1967En 1967,, Jocelyn Bell descubrió queJocelyn Bell descubrió que
objetos celestes emitían pulsos deobjetos celestes emitían pulsos de
ondas, este descubrimiento lo llamaronondas, este descubrimiento lo llamaron
"Little Green Men", al pensar que se"Little Green Men", al pensar que se
trataba de un contacto con unatrataba de un contacto con una
civilización extraterrestre. Pero alcivilización extraterrestre. Pero al
estudiar dichas ondas les dieron elestudiar dichas ondas les dieron el
nombre de pulsar y se debían anombre de pulsar y se debían a
estrellas de neutrones en rotación, fueestrellas de neutrones en rotación, fue
la primera evidencia de que lasla primera evidencia de que las
estrellas de neutrones existían.estrellas de neutrones existían.

 En 1967En 1967,, Werner Israel demostró,Werner Israel demostró,
basándose en la Teoría de labasándose en la Teoría de la
Relatividad, que los agujeros negros sinRelatividad, que los agujeros negros sin
rotación eran perfectamente esféricosrotación eran perfectamente esféricos..
 Roger Penrose y John Wheeler,Roger Penrose y John Wheeler,
determinaron que los movimientos en eldeterminaron que los movimientos en el
colapso de una estrella desprenderíancolapso de una estrella desprenderían
ondas gravitatorias, y por esto se haríaondas gravitatorias, y por esto se haría
cada vez más esférica. Esto quierecada vez más esférica. Esto quiere
decir que una estrella sin rotacióndecir que una estrella sin rotación
después de un colapso seríadespués de un colapso sería
perfectamente esférica.perfectamente esférica.

En 1969En 1969,, John Wheeler dio elJohn Wheeler dio el
termino de agujero negrotermino de agujero negro
época en que existían dosépoca en que existían dos
teorías de la luz: lateorías de la luz: la
crepuscular (la luz estabacrepuscular (la luz estaba
compuesta por partículas) y lacompuesta por partículas) y la
ondulatoria. Hoy en día la luzondulatoria. Hoy en día la luz
es considerada como onda yes considerada como onda y
como partícula.como partícula.

 En 1970En 1970,, Brandon Carter probóBrandon Carter probó
que si un agujero negro rotando deque si un agujero negro rotando de
una manera estacionaria tuviera ununa manera estacionaria tuviera un
eje de simetría, su tamaño y sueje de simetría, su tamaño y su
forma dependerían de la masa y laforma dependerían de la masa y la
velocidad de rotación.velocidad de rotación.
 En 1971En 1971,, Stephen HawkingStephen Hawking
demostró que cualquier agujerodemostró que cualquier agujero
negro rotando de maneranegro rotando de manera
estacionaria tendría un eje deestacionaria tendría un eje de
simetría.simetría.

 En 1973En 1973,, David Robinson demostrDavid Robinson demostróó
la hipótesis de Kerr. Después della hipótesis de Kerr. Después del
colapso, el agujero negro tiende acolapso, el agujero negro tiende a
un estado de rotación pero sinun estado de rotación pero sin
pulsaciones (aumento de tamaño).pulsaciones (aumento de tamaño).
En el momento del colapsoEn el momento del colapso
gravitatorio se pierde gran cantidadgravitatorio se pierde gran cantidad
de información, pues todo lo quede información, pues todo lo que
podemos medir tan solo es la masapodemos medir tan solo es la masa
del cuerpo y la velocidad dedel cuerpo y la velocidad de
rotación.rotación.

 Una estrella se forma al concentrarse una gran cantidad de gasUna estrella se forma al concentrarse una gran cantidad de gas
(hidrógeno primordialmente)(hidrógeno primordialmente)..
 DDebido a la gravedad estas partículas empiezan a colapsar entre síebido a la gravedad estas partículas empiezan a colapsar entre sí
 Al contraerse los átomos empiezan a colisionar entre sí, por loAl contraerse los átomos empiezan a colisionar entre sí, por lo
tanto el gas se calienta, las partículas de hidrógeno al chocar setanto el gas se calienta, las partículas de hidrógeno al chocar se
convierten en helio.convierten en helio.
 Ese calor hace que la estrella brille yEse calor hace que la estrella brille y que la presión del gas seaque la presión del gas sea
suficiente para equilibrar la gravedad.suficiente para equilibrar la gravedad.
 Las estrellas permanecerán estables de esta forma durante unLas estrellas permanecerán estables de esta forma durante un
largo periodo.largo periodo.
 MMientras más combustible tenga la estrella más rápido lo consumeientras más combustible tenga la estrella más rápido lo consume..
 Cuando la estrella va agotando su combustible, llega un momentoCuando la estrella va agotando su combustible, llega un momento
en que el calor producido es poco para producir una dilatación yen que el calor producido es poco para producir una dilatación y
compensar así a la fuerza de la gravedad.compensar así a la fuerza de la gravedad.
 Entonces, se colapsa, aumentando su densidad, siendo frenadoEntonces, se colapsa, aumentando su densidad, siendo frenado
por la repulsión entre las capas electrónicas de los átomos.por la repulsión entre las capas electrónicas de los átomos.
 Si la masa de la estrella es lo suficientemente elevada se venceráSi la masa de la estrella es lo suficientemente elevada se vencerá
la repulsión pudiéndose llegar a fusionarse los protones yla repulsión pudiéndose llegar a fusionarse los protones y
electrones de todos los átomos, formando neutrones yelectrones de todos los átomos, formando neutrones y
reduciéndose el volumen de la estrella no quedando ningúnreduciéndose el volumen de la estrella no quedando ningún
espacio entre los núcleos de los átomos, tendría una densidadespacio entre los núcleos de los átomos, tendría una densidad
elevadísima. Esto se denomina estrella de neutrones.elevadísima. Esto se denomina estrella de neutrones.

 LasLas estrellas de neutronesestrellas de neutrones no se forman tan fácilmenteno se forman tan fácilmente..
 AAl colapsarsel colapsarse,, la energía gravitatoria se convierte en calorla energía gravitatoria se convierte en calor
rápidamente provocando una gran explosión.rápidamente provocando una gran explosión.
 Se formaría unaSe formaría una novanova o unao una supernovasupernova expulsando en laexpulsando en la
explosión gran parte de su material, con lo que la presiónexplosión gran parte de su material, con lo que la presión
gravitatoria disminuiría y el colapso podría detenerse.gravitatoria disminuiría y el colapso podría detenerse.
 Así se podría llegar a lo que se denominaAsí se podría llegar a lo que se denomina enanas blancasenanas blancas
en las que la distancia entre los núcleos atómicos aen las que la distancia entre los núcleos atómicos a
disminuido de modo que los electrones circulan libres pordisminuido de modo que los electrones circulan libres por
todo el material, y es la velocidad de movimiento de estostodo el material, y es la velocidad de movimiento de estos
lo que impide un colapso mayor.lo que impide un colapso mayor.
 LLa densidad es muy elevada pero sin llegar a la de laa densidad es muy elevada pero sin llegar a la de la
estrella de neutronesestrella de neutrones..
 Pero la velocidad de los electrones tiene un límite: laPero la velocidad de los electrones tiene un límite: la
velocidad de la luzvelocidad de la luz
 CCuando el equilibrio exige una velocidad de los electronesuando el equilibrio exige una velocidad de los electrones
superior a la velocidad de la luz, el colapso a neutrones essuperior a la velocidad de la luz, el colapso a neutrones es
inevitable.inevitable.

 PPor encima de 2'5 soles de masa, unaor encima de 2'5 soles de masa, una estrella deestrella de
neutronesneutrones se colapsaría más aún fusionándosese colapsaría más aún fusionándose
sus neutrones.sus neutrones.
 Esto es posible debido a que elEsto es posible debido a que el principio deprincipio de
exclusión de Pauliexclusión de Pauli por el cual se repelen lospor el cual se repelen los
neutrones tiene un límite cuando la velocidad deneutrones tiene un límite cuando la velocidad de
vibración de los neutrones alcanza la velocidad devibración de los neutrones alcanza la velocidad de
la luz.la luz.
 Debido a que no habría ninguna fuerza conocidaDebido a que no habría ninguna fuerza conocida
que detuviera el colapso, este continuaría hastaque detuviera el colapso, este continuaría hasta
convertir la estrella en un punto creándose unconvertir la estrella en un punto creándose un
agujero negroagujero negro..
 Este volumen puntual iEste volumen puntual immplicaría una densidadplicaría una densidad
infinita, por lo que fue rechazado por la comunidadinfinita, por lo que fue rechazado por la comunidad
científica, pero S. Hawking demostró que estacientífica, pero S. Hawking demostró que esta
singularidad era compatible con la teoría de lasingularidad era compatible con la teoría de la

 SSubrahmanyan Chandrasekhar calculóubrahmanyan Chandrasekhar calculó
lo grande que podría llegar a ser unalo grande que podría llegar a ser una
estrella que fuera capaz de soportar suestrella que fuera capaz de soportar su
propia gravedad, antes de que sepropia gravedad, antes de que se
acabe su combustible.acabe su combustible.
 Descubrió una masaDescubrió una masa
(aproximadamente 1,5 veces la masa(aproximadamente 1,5 veces la masa
del sol) en la que una estrella fría nodel sol) en la que una estrella fría no
podría soportar su gravedad (podría soportar su gravedad (límite delímite de
ChandrasekharChandrasekhar). Por debajo de este). Por debajo de este
límitelímite,, nos encontramos a lasnos encontramos a las enanasenanas
blancasblancas y lasy las estrellas de neutronesestrellas de neutrones..

Enanas blancasEnanas blancas
 CCon un radio de pocos kilómetros y unaon un radio de pocos kilómetros y una
altísima densidad (toneladas por cm3).altísima densidad (toneladas por cm3).
 Una de las primeras enanas blancasUna de las primeras enanas blancas
que se descubrió es la que está girandoque se descubrió es la que está girando
alrededor de Sirio.alrededor de Sirio.
 Se mantienen por la repulsión deSe mantienen por la repulsión de
electrones.electrones.

Estrellas de neutronesEstrellas de neutrones
 También están dentro del límite deTambién están dentro del límite de
Chandrasekhar, pero mucho másChandrasekhar, pero mucho más
pequeñas que las enanas blancas.pequeñas que las enanas blancas.
 SSe mantienen por la repulsión entree mantienen por la repulsión entre
neutrones y protones. Su densidad esneutrones y protones. Su densidad es
de decenas de millones de toneladasde decenas de millones de toneladas
por cm3).por cm3).
 Los pulsares son estrellas de neutronesLos pulsares son estrellas de neutrones
en rotación.en rotación.

Agujeros negrosAgujeros negros
 Robert Openheimer en 1939, explicó queRobert Openheimer en 1939, explicó que
sucedería si una estrella estuviera por fuera delsucedería si una estrella estuviera por fuera del
límite de Chandrasekharlímite de Chandrasekhar..
 El campo gravitatorio de la estrella cambia losEl campo gravitatorio de la estrella cambia los
rayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentrorayos de luz se inclinan ligeramente hacia dentro
de la superficie de la estrella.de la superficie de la estrella.
 Cada vez se hace más difícil que la luz escape yCada vez se hace más difícil que la luz escape y
la luz se muestra más débil y roja para unla luz se muestra más débil y roja para un
observador.observador.
 Cuando la estrella alcanza un radio crítico elCuando la estrella alcanza un radio crítico el
campo gravitatorio crece con una intensidad quecampo gravitatorio crece con una intensidad que
la luz ya no puede escapar.la luz ya no puede escapar.
 Esta región es llamada hoy unEsta región es llamada hoy un agujero negroagujero negro..

Radio de Schwarzschild para algunos objetosRadio de Schwarzschild para algunos objetos
astronómicosastronómicos
ObjetoObjeto Masa delMasa del
objetoobjeto
(Masas(Masas
solares)solares)
RadioRadio
(Km)(Km)
VelocidadVelocidad
de escapede escape
(Km/seg)(Km/seg)
Radio deRadio de
SchwarzschildSchwarzschild
TierraTierra 0,000003040,00000304 6.3576.357 11,311,3 9 mm9 mm
SolSol 11 696.000696.000 617617 2,95 Km2,95 Km
EnanaEnana
blancablanca
0,80,8 10.00010.000 5.0005.000 2,4 Km2,4 Km
Estrella deEstrella de
neutronesneutrones
22 88 250.000250.000 5,9 Km5,9 Km
Núcleo deNúcleo de
una galaxiauna galaxia
50.000.00050.000.000 ?? ?? 147.500.000 Km147.500.000 Km

¿Qué pasaría¿Qué pasaría
si alguien caesi alguien cae
en un agujeroen un agujero
negro?negro?

 Supongamos que un astronauta se va acercando alSupongamos que un astronauta se va acercando al
 Al principio, no sentiría ninguna fuerza gravitacional yAl principio, no sentiría ninguna fuerza gravitacional y
carecería de pesocarecería de peso..
 SSin embargo, a medida que se acerque al centro delin embargo, a medida que se acerque al centro del
agujero comenzará a sentiragujero comenzará a sentir fuerzas gravitacionalesfuerzas gravitacionales
"de marea""de marea"..
 Si imaginamos que los pies del astronauta están másSi imaginamos que los pies del astronauta están más
cerca al centro que la cabeza, entonces la atraccióncerca al centro que la cabeza, entonces la atracción
gravitatoria se irá incrementando mientras más cercagravitatoria se irá incrementando mientras más cerca
esté del centro, de esta forma, los pies sentirán unaesté del centro, de esta forma, los pies sentirán una
atracción mayor que la cabeza.atracción mayor que la cabeza.
 Como consecuencia, el astronauta se estirará hastaComo consecuencia, el astronauta se estirará hasta
que lasque las fuerzas "de marea"fuerzas "de marea" se hagan tan intensas quese hagan tan intensas que
terminarán destrozándolo (terminarán destrozándolo (efecto spaghettiefecto spaghetti).).

¿Qué vería un¿Qué vería un
observador queobservador que
está afuera delestá afuera del
agujero negro siagujero negro si
alguien cae en él?alguien cae en él?

 Lo que observaría un compañero del astronauta desdeLo que observaría un compañero del astronauta desde
afuera del agujero negro sería bastante diferente de loafuera del agujero negro sería bastante diferente de lo
que se ve en su interior.que se ve en su interior.
 A medida que el astronauta se va acercando alA medida que el astronauta se va acercando al
horizontehorizonte, el compañero lo ve moverse más, el compañero lo ve moverse más
lentamente.lentamente.
 No importaNo importa cuantocuanto espere,espere, porqueporque nunca lo veránunca lo verá
alcanzar elalcanzar el horizontehorizonte..
 Esto se debe a unaEsto se debe a una ilusión ópticailusión óptica..
 ElEl astronautaastronauta no tardano tarda una cantidad infinita de tiempouna cantidad infinita de tiempo
cruzar elcruzar el horizontehorizonte..
 Mientras se va acercando al horizonte la luz que emiteMientras se va acercando al horizonte la luz que emite
el astronauta tarda cada vez más tiempo en llegar alel astronauta tarda cada vez más tiempo en llegar al
compañerocompañero..
 DDe hecho, la radiación emitida exactamente cuando see hecho, la radiación emitida exactamente cuando se
cruza elcruza el horizontehorizonte se mantendrá allí para siemprese mantendrá allí para siempre
dando la impresión de estar congelada.dando la impresión de estar congelada.

¿Cómo se¿Cómo se
detectan?detectan?

Si eSi en un agujeron un agujero
negro nada puedenegro nada puede
escapar de él, niescapar de él, ni
siquiera la luzsiquiera la luz,,
¿cómo podemos¿cómo podemos
darnos cuenta de sudarnos cuenta de su
existencia?existencia?

Se puede observar sistemas,Se puede observar sistemas,
en donde una estrella visibleen donde una estrella visible
está girando alrededor de unestá girando alrededor de un
cuerpo oculto (posibilidadcuerpo oculto (posibilidad
que sea un agujero negro,que sea un agujero negro,
sin embargo, puede ser unasin embargo, puede ser una
estrella demasiado débil).estrella demasiado débil).
EEs muy difícil.s muy difícil.

Entonces,Entonces,
¿cómo¿cómo
detectarlos?detectarlos?

 ElEl agujero negroagujero negro absorbe la materia de la estrellaabsorbe la materia de la estrella
cercana a élcercana a él..
 DDescribe un desplazamiento de materia en formaescribe un desplazamiento de materia en forma
de espiral y adquiere una alta temperaturade espiral y adquiere una alta temperatura..
 PPor lo tanto, se emiten grandes cantidades deor lo tanto, se emiten grandes cantidades de
rayos Xrayos X..
 CCon esto se puede concluir que es unaon esto se puede concluir que es una enanaenana
blancablanca, una, una estrella de neutronesestrella de neutrones o uno un agujeroagujero
negronegro..
 Con la órbita de la estrella visible se puedeCon la órbita de la estrella visible se puede
determinar la mínima masa del cuerpo invisible.determinar la mínima masa del cuerpo invisible.
 Si esta masa sobrepasa elSi esta masa sobrepasa el límite delímite de
ChandrasekharChandrasekhar,, es demasiada grande para seres demasiada grande para ser
unauna estrella de neutronesestrella de neutrones o unao una enana blancaenana blanca..
 EEs uns un agujero negroagujero negro..

 Los agujeros negros que seLos agujeros negros que se
formaron hace miles de millones deformaron hace miles de millones de
años atrás, podrían ser detectadosaños atrás, podrían ser detectados
únicamente con la atracciónúnicamente con la atracción
gravitatoria o la expansión delgravitatoria o la expansión del
universo.universo.
 Los agujero negros irradian como unLos agujero negros irradian como un
cuerpo caliente y entre máscuerpo caliente y entre más
pequeños lo hacen más.pequeños lo hacen más.
 CCuanto más pequeños resultan másuanto más pequeños resultan más
fáciles de detectar que los grandes.fáciles de detectar que los grandes.

Brillo que está distanciando del punto verde (centro galaxia M82). El patrón deBrillo que está distanciando del punto verde (centro galaxia M82). El patrón de
variabilidad de emisión de rayos X indica que se trata de un agujero negrovariabilidad de emisión de rayos X indica que se trata de un agujero negro
Escala: 30 arcsegEscala: 30 arcsegFotos captadas por el radioscopio ChandraFotos captadas por el radioscopio Chandra

¿Pueden¿Pueden
devorardevorar
nuestranuestra
galaxia?galaxia?

¿Podrían¿Podrían
absorber todaabsorber toda
la materia della materia del
universo?universo?

 Hay tanto espacio entre las estrellas que unHay tanto espacio entre las estrellas que un
agujero negro únicamente afectaría losagujero negro únicamente afectaría los
objetos que están muy cerca de él.objetos que están muy cerca de él.
 Un agujero negro tienen un "horizonte",Un agujero negro tienen un "horizonte", dedell
cual nada puede escapar.cual nada puede escapar.
 Si algo o alguien cruza el horizonteSi algo o alguien cruza el horizonte seráserá
absorbidoabsorbido..
 MMientras esté afuera del horizonte pientras esté afuera del horizonte podráodrá
evitarevitarlolo..
 PPara la materia que está lo bastante alejadaara la materia que está lo bastante alejada
del horizonte, el campo gravitacionaldel horizonte, el campo gravitacional
alrededor de un agujero negro no esalrededor de un agujero negro no es
diferente del campo alrededor de cualquierdiferente del campo alrededor de cualquier
otro objeto de la misma masa.otro objeto de la misma masa.

¿Todas las¿Todas las
estrellas colapsanestrellas colapsan
para convertirsepara convertirse
en agujerosen agujeros
negros al morir?negros al morir?

 Sólo estrellas masivas muySólo estrellas masivas muy
raras terminan de esta manera.raras terminan de esta manera.

¿El agujero negro¿El agujero negro
en Cygnus X-1en Cygnus X-1
está devorando aestá devorando a
la supergigantela supergigante
azul?azul?

 Menos de un milésimo de la masaMenos de un milésimo de la masa
de la supergigante azul caerá alde la supergigante azul caerá al
agujero negro antes de que ellaagujero negro antes de que ella
también muera, más o menostambién muera, más o menos
dentro de un millón de años.dentro de un millón de años.

¿Son muy¿Son muy
densos?densos?

 Los agujeros negros pequeños yLos agujeros negros pequeños y
medianos son muy densos, pero unmedianos son muy densos, pero un
agujero negro supermasivo con 100agujero negro supermasivo con 100
millones de masas solares tendría lamillones de masas solares tendría la
misma densidad que el agua.misma densidad que el agua.

¿La materia que¿La materia que
cae reaparececae reaparece
en alguna parteen alguna parte
del universo?del universo?

 La materia permanece en elLa materia permanece en el
 Es la materia la que causa laEs la materia la que causa la
fuerza gravitacional que nosfuerza gravitacional que nos
permite descubrir estos objetos.permite descubrir estos objetos.

¿Está la Tierra¿Está la Tierra
en peligro por laen peligro por la
presencia depresencia de
agujerosagujeros
negros?negros?

 El agujero negro más cercano aEl agujero negro más cercano a
nuestro planeta está bastante lejos,nuestro planeta está bastante lejos,
al menos lo que conocemos.al menos lo que conocemos.
 No obstante, investigadores a nivelNo obstante, investigadores a nivel
mundial, están a la búsqueda demundial, están a la búsqueda de
nuevos.nuevos.
 Actualmente, en el centro deActualmente, en el centro de
nuestra galaxia, existe un agujeronuestra galaxia, existe un agujero
negro, el cual provoca elnegro, el cual provoca el
movimiento y la forma de ella.movimiento y la forma de ella.

¿Y qué¿Y qué
pasará conpasará con
nuestro Sol?nuestro Sol?

 ElEl SolSol no puede convertirse en unno puede convertirse en un agujeroagujero
negronegro debido al factor deldebido al factor del límite delímite de
ChandrasekharChandrasekhar, además de que su gravedad, además de que su gravedad
es demasiado débil para que colapse sobrees demasiado débil para que colapse sobre
sí mismo.sí mismo.
 Sólo las estrellas más pesadas terminan suSólo las estrellas más pesadas terminan su
vida comovida como agujeros negrosagujeros negros..
 Si elSi el SolSol se convirtiera repentinamente en unse convirtiera repentinamente en un
agujero negroagujero negro,, el efecto sería que alrededorel efecto sería que alrededor
del Sol todo se pondría muy oscuro y muydel Sol todo se pondría muy oscuro y muy
frio.frio.
 LLa Tierraa Tierra y los planetasy los planetas no serían absorbidos,no serían absorbidos,
describiendo la mismas orbitasdescribiendo la mismas orbitas..

 Porque elPorque el horizonte de sucesoshorizonte de sucesos
sería muy pequeñosería muy pequeño
(aproximadamente 3 Km.)(aproximadamente 3 Km.)
 Y siempre que se permanezca loY siempre que se permanezca lo
bastante alejado de dichobastante alejado de dicho
horizontehorizonte, la, la gravedadgravedad no es másno es más
fuerte que la de cualquier objeto defuerte que la de cualquier objeto de
la misma masa.la misma masa.

¿Cómo creer en¿Cómo creer en
objetos cuya evidenciaobjetos cuya evidencia
son cálculos basadosson cálculos basados
en la teoría de laen la teoría de la
relatividad?relatividad?

 Un caso que vale la pena resaltarUn caso que vale la pena resaltar
es la evidencia de que existe unes la evidencia de que existe un
agujero negro con cien mil veces laagujero negro con cien mil veces la
masa de nuestro sol en el centromasa de nuestro sol en el centro
de nuestra galaxia.de nuestra galaxia.
 Cualquier estrella que se acerqueCualquier estrella que se acerque
demasiado, será despedazada.demasiado, será despedazada.

Viajes en elViajes en el
espacio-tiempoespacio-tiempo

 Un concepto tan extraño atrae los intereses yUn concepto tan extraño atrae los intereses y
la creatividad dela creatividad de lala ciencia ficción. Un temaciencia ficción. Un tema
favorito es el uso como una ruta a otrosfavorito es el uso como una ruta a otros
lugares u otros tiempos en el universo.lugares u otros tiempos en el universo.
 Matemáticamente, un par de agujeros negrosMatemáticamente, un par de agujeros negros
podrían formar unpodrían formar un "puente""puente" enen el universo,el universo,
pero no está claro cómo dichopero no está claro cómo dicho puentepuente podríapodría
formarse o sobrevivir.formarse o sobrevivir.
 Sería inconveniente para viajes espaciales,Sería inconveniente para viajes espaciales,
porque la materia que cayera sería aplastadaporque la materia que cayera sería aplastada
e incinerada pore incinerada por fuerzas de mareafuerzas de marea conformeconforme
entrara en el agujero.entrara en el agujero.

 UnUn agujero negroagujero negro supermasivosupermasivo tendríatendría fuerzasfuerzas
de mareade marea menos extremas, (el más cercanomenos extremas, (el más cercano
está en el centro de nuestra galaxia).está en el centro de nuestra galaxia).
 UnUn agujero negroagujero negro que rota tiene másque rota tiene más
posibilidades, porque en él existe una regiónposibilidades, porque en él existe una región
llamada lallamada la ergósferaergósfera, justo afuera del, justo afuera del horizontehorizonte
de sucesosde sucesos, con la propiedad que los objetos, con la propiedad que los objetos
pueden entrar y salir de lapueden entrar y salir de la ergósferaergósfera (si soportan(si soportan
laslas fuerzas de mareafuerzas de marea).).
 Una nave espacial llena de basura podría entrarUna nave espacial llena de basura podría entrar
en laen la ergósferaergósfera, soltar su carga dentro del, soltar su carga dentro del
agujero negroagujero negro, y salir con más energía que la, y salir con más energía que la
que tenía al entrar (¿se reque tenía al entrar (¿se resolveríasolvería la crisis dela crisis de
energía y el problema de contaminación?)energía y el problema de contaminación?)
 Todo esto es posible, al menos en teoría.Todo esto es posible, al menos en teoría.

AgujerosAgujeros
blancosblancos

 Las ecuaciones de la relatividad general tiene unaLas ecuaciones de la relatividad general tiene una
propiedad interesante, son simétricas en elpropiedad interesante, son simétricas en el
tiempotiempo..
 SSe puede tomar una solución a las ecuaciones ye puede tomar una solución a las ecuaciones y
pensar que el tiempo va hacia atrás ypensar que el tiempo va hacia atrás y,, sinsin
embargoembargo,, las soluciones siguen siendo válidas.las soluciones siguen siendo válidas.
 Si se aplica esta propiedad a la solución de lasSi se aplica esta propiedad a la solución de las
ecuaciones que describen los agujeros negros,ecuaciones que describen los agujeros negros,
resultará un objeto llamado agujero blanco.resultará un objeto llamado agujero blanco.
 Puesto que un agujero negro es una región delPuesto que un agujero negro es una región del
espacio de la cual nada puede escapar, la versiónespacio de la cual nada puede escapar, la versión
del tiempo invertido es una región del espacio endel tiempo invertido es una región del espacio en
la que nada puede caer.la que nada puede caer.
 Tal como un agujero negro sólo puede absorberTal como un agujero negro sólo puede absorber
cosas un agujero blanco sólo puede expulsarcosas un agujero blanco sólo puede expulsar
cosas.cosas.

 Aunque losAunque los agujeros blancosagujeros blancos
son una soluciónson una solución
matemáticamente válidas a lasmatemáticamente válidas a las
ecuaciones de laecuaciones de la relatividadrelatividad
generalgeneral, no significa que, no significa que
realmente existan,realmente existan,
 NNo hay forma de producir unoo hay forma de producir uno..

Agujeros deAgujeros de
gusanogusano

 Si se consideranSi se consideran agujeros negrosagujeros negros que giran oque giran o
tienen carga eléctrica, es posible caer en uno detienen carga eléctrica, es posible caer en uno de
ellos y no chocar con él, ya que el interior deellos y no chocar con él, ya que el interior de
éste tipo deéste tipo de agujeros negrosagujeros negros puede estar unidopuede estar unido
con uncon un agujero blancoagujero blanco, formando un camino en, formando un camino en
el que algo cae en el agujero negro y sale en elel que algo cae en el agujero negro y sale en el
agujero blanco.agujero blanco.
 EstosEstos túneles en eltúneles en el espacio-tiempoespacio-tiempo sese llamallamann
agujeros de gusanoagujeros de gusano..
 UnUn agujero de gusanoagujero de gusano proveería una vía rápidaproveería una vía rápida
para viajar enormes distancias o para viajar apara viajar enormes distancias o para viajar a
otrootro UniversoUniverso..
 Tal vezTal vez la salida de unla salida de un agujeros de gusanoagujeros de gusano estéesté
en el pasado, de manera que se podría viajar deen el pasado, de manera que se podría viajar de
regreso en el tiempo a través de ellos.regreso en el tiempo a través de ellos.

 Sin embargo, seguramente no existenSin embargo, seguramente no existen..
 SSólo por el hecho de que los agujeros blancosólo por el hecho de que los agujeros blancos
sean una solución válida a unas ecuaciones,sean una solución válida a unas ecuaciones,
no significa que se encuentran en lano significa que se encuentran en la
naturaleza.naturaleza.
 AAun si los agujeroun si los agujeross de gusano estuvierande gusano estuvieran
formados, no serían establesformados, no serían estables..
 LLa más mínima perturbación causaría sua más mínima perturbación causaría su
colapso.colapso.
 También siTambién si los agujeros de gusanos existlos agujeros de gusanos existieseiesenn
yy fuesenfuesen estables, sería desagradable viajar aestables, sería desagradable viajar a
través de ellos, porque los rayos X y gatravés de ellos, porque los rayos X y gammmama
destruirían al que pasara.destruirían al que pasara.

Teorías sobreTeorías sobre
viajes en elviajes en el
espacio-tiempoespacio-tiempo
utilizandoutilizando
agujeros negrosagujeros negros

 El astrónomo inglésEl astrónomo inglés Ian CrawfordIan Crawford asegura que elasegura que el
hombre podría atravesar agujeros negros y llegarhombre podría atravesar agujeros negros y llegar
en instantes a puntos remotísimos del cosmos sinen instantes a puntos remotísimos del cosmos sin
ser desintegrado por las enormes fuerzasser desintegrado por las enormes fuerzas
gravitatorias.gravitatorias.
 SeSe podría viajar por el espacio a velocidadespodría viajar por el espacio a velocidades
superiores a la de la luz.superiores a la de la luz.
 se superaría una limitación marcada por lase superaría una limitación marcada por la TeoríaTeoría
de la Relatividad Generalde la Relatividad General de Albert Einstein.de Albert Einstein.
 "Las pruebas son complejas y matemáticas", pero"Las pruebas son complejas y matemáticas", pero
"en teoría es posible","en teoría es posible", segúnsegún CrawfordCrawford..
 CrawfordCrawford ha descubierto propiedades teóricas deha descubierto propiedades teóricas de
loslos agujeros negrosagujeros negros que permitirían a losque permitirían a los
hipotéticos viajeros atravesarlos sin ser destruidoshipotéticos viajeros atravesarlos sin ser destruidos
por las poderosaspor las poderosas fuerzas gravitatoriasfuerzas gravitatorias..

 El informe se llamaEl informe se llama "Algunas reflexiones sobre las"Algunas reflexiones sobre las
implicaciones de viajar más velozmente que la luz".implicaciones de viajar más velozmente que la luz".
 Teóricamente,Teóricamente, nos daría lnos daría la posibilidada posibilidad::
– DeDe abrir camino a contactos con civilizacionesabrir camino a contactos con civilizaciones
remotas, existencia muy probable en la inmensidadremotas, existencia muy probable en la inmensidad
del universo.del universo.
– AcortaAcortarr los viajes espaciales por la velocidad de lalos viajes espaciales por la velocidad de la
luz,luz, ((la vida humana es una limitaciónla vida humana es una limitación, ya que, ya que si unasi una
estrella con un planeta habitado se encuentra a 30 oestrella con un planeta habitado se encuentra a 30 o
40 mil años luz, para visitarla harían falta por lo40 mil años luz, para visitarla harían falta por lo
menos 30 o 40 mil años viajando casi a la velocidadmenos 30 o 40 mil años viajando casi a la velocidad
de la luzde la luz,, en principio, teóricamente inalcanzable).en principio, teóricamente inalcanzable).
 LLa hipótesis de los científicos es que los poderososa hipótesis de los científicos es que los poderosos
campos gravitatorios desintegrarían a los astronautascampos gravitatorios desintegrarían a los astronautas
que se atrevieran a visitarlos.que se atrevieran a visitarlos.
 CrawfordCrawford contradice a sus colegas sosteniendo que loscontradice a sus colegas sosteniendo que los
viajeros podrían serviajeros podrían ser "manipulados""manipulados" para evitar tragedias.para evitar tragedias.

Mini agujerosMini agujeros
negrosnegros

 UnUn agujero negroagujero negro con masa menor decon masa menor de
tres masas solares no se formaría solotres masas solares no se formaría solo
 SSu gravedad es demasiado débil parau gravedad es demasiado débil para
causar el colapsocausar el colapso..
 Una enorme presión externa seUna enorme presión externa se
necesitaría para formarlo.necesitaría para formarlo.
 Stephen Hawking teorizó queStephen Hawking teorizó que lala densadensa
turbulencia de la gran explosión de laturbulencia de la gran explosión de la
que surgió el universo,que surgió el universo, existieronexistieron esasesas
enormes presiones externas y formaronenormes presiones externas y formaron
muchos mini-muchos mini-agujeros negrosagujeros negros..

 SSerían tan masivos como una montañaerían tan masivos como una montaña..
 TTan pequeños como los protones de los quean pequeños como los protones de los que
los átomos están hechoslos átomos están hechos
 RRadiarían energía espontáneamenteadiarían energía espontáneamente..
 DDespués de miles de millones de años,espués de miles de millones de años,
eventualmente se evaporarían en unaeventualmente se evaporarían en una
violenta explosión final.violenta explosión final.
 Por tanto, pueden no serPor tanto, pueden no ser "negros""negros" del todo.del todo.
 JoJohhn Wheeler calculó que si se tomara todan Wheeler calculó que si se tomara toda
el agua pesada de todos los océanos delel agua pesada de todos los océanos del
planeta, se podría construir una bomba deplaneta, se podría construir una bomba de
hidrógeno que comprimiría tanto la materiahidrógeno que comprimiría tanto la materia
en el centro que se formaría un agujeroen el centro que se formaría un agujero
negro.negro.

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