Mini agujeros negros atraviesan la Tierra
Como si de fantasmas cósmicos se tratase, es posible que agujeros negrosen miniatura atraviesen la Tierra diariamente sin crear ningún peligro, como sugiere un estudio reciente.
Esta nueva teoría pone fin al temor de que poderosas máquinas como el Gran Colisionador de Hadronespuedan crear agujeros negros capaces de tragarse el planeta.
Los autores del estudio creen que estos minúsculos agujeros negros tienen un comportamiento completamente distinto al de sus hermanos mayores, llamados agujeros negros astrofísicos o de masa estelar.
A pesar de tener la masa de aproximadamente mil coches, un mini agujero negro es más pequeño que un átomo. Con ese tamaño un agujero negro no podría atraer mucha materia y en su lugar atraparía átomos y algunas moléculas más grandes a órbitas circulares, al igual que los protones atraen a los electrones en los átomos.
Así, los autores del estudio llaman a los mini agujeros negros que atraen materia a las órbitas «equivalentes gravitatorios de los átomos».
«Estos equivalentes no pueden causar ningún daño», afirma el coautor del estudio Aaron VanDevender, investigador de la empresa de biotecnologíaHalcyon Molecularde Redwood City (California). «Un átomo asociado a un equivalente gravitatorio podría desprenderse e impactar contigo, pero ni te darías cuenta. Se trata de una cantidad de energía muy pequeña».
Un universo lleno de mini agujeros negros
Se cree que los agujeros negros astrofísicos se forman al chocar enormes estrellas moribundas, dejando cuerpos tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su empuje gravitacional.
Los científicos creen que varios agujeros negros astrofísicos pueden unirse y formar agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de grandes galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.
Aunque no podemos ver el agujero negro en sí mismo, los científicos pueden ver la luz del material extremadamente caliente que cae en el agujero negro, formando lo que se conoce como disco de acrecimiento.
Entretanto, las teorías afirman que se crearon muchos mini agujeros negros poco después del comienzo del universo, a medida que la materia densa se iba enfriando y expandiendo.
Según VanDevender, esa materia originaria no estaba distribuida de forma uniforme en el cosmos, por lo que algunas regiones del espacio eran más densas que otras.
«Debido a las variaciones aleatorias de la densidad [de la materia], algunos trozos formaron al principio agujeros negros», afirmó.
De acuerdo con el físico Stephen Hawking, los agujeros negros más pequeños deberían perder masa en forma de radiación y evaporarse en última instancia.
Sin embargo, la radiación descrita por Hawking nunca ha sido observada, por lo que el nuevo estudio supone que los mini agujeros originarios siguen existiendo en el universo.
Basándose en sus cálculos, VanDevender y su padre, J. Pace VanDevender, deSandia National Laboratoriesen Albuquerque (Nuevo México), creen que uno o dos de estos mini agujeros atraviesan la tierra cada día.
Los mini agujeros negros son demasiado pequeños como para absorber mucha materia.
De acuerdo con el nuevo estudio, publicado online este mes en arXiv.org, la principal diferencia entre los agujeros grandes y los pequeños es lo que ocurre en el llamado horizonte de sucesos (lo más cerca que puede estar un objeto de un agujero negro antes de que sea imposible escapar).
Cuanto más grande y masivo es un agujero negro, más grande es su horizonte de sucesos.
«Pensamos en la gravedad como una fuerza muy atrayente y en el caso de los agujeros negros más grandes la fuerza es tal que empuja a todo a su interior», comentó Aaron VanDevender. «En estos casos empujan hacia un horizonte de sucesos muy grande, el espacio que absorbe los objetos es enorme».
En comparación, el horizonte de sucesos de un mini agujero negro es incluso más pequeño que el diámetro de un átomo, lo que significa que el agujero negro puede atravesar un planeta entero y que aún así haya pocas posibilidades de acercarse demasiado a un átomo como para que pase el horizonte de sucesos.
Según esta teoría, cuando un mini agujero negro atrae una partícula, lo más probable es que gire alrededor del agujero negro lejos del horizonte de sucesos y no sea absorbida.
«En el caso de los equivalentes gravitatorios de los átomos, éstos no caen en el horizonte de sucesos por la misma razón por la que los electrones no caen en el núcleo», explicó VanDevender.
De acuerdo con las teorías de mecánica cuántica, los electrones no forman órbitas bien definidas alrededor de los átomos, como hacen los planetas alrededor del Sol, sino que las partículas se encuentran en una especie de nube de posibilidades alrededor del núcleo. La órbita más estable de un electrón, y la más probable, no está ni demasiado cerca ni demasiado lejos del núcleo.
De la misma manera, «aunque un mini agujero negro atrae a los átomos gracias a la gravedad, el efecto cuántico impide que absorba a los átomos».
Pocas veces un átomo o partícula se acerca lo suficiente a un mini agujero negro como para que éste lo absorba. Los VanDevender calculan que se necesitaría más tiempo que la edad del universo para que un mini agujero negro tragara todos los átomos de la Tierra.
¿Son los átomos inestables cerca de los mini agujeros negros?
Massimo Ricotti, astrónomo de la Universidad de Maryland está de acuerdo en que sería muy poco probable que un mini agujero negro capturara a un átomo gracias a la gravedad.
«Es muy difícil que los mini agujeros negros absorban materia, porque son demasiado pequeños», afirmó Ricotti, que no participó en el estudio. «Aunque atravesaran un cuerpo sólido, la mayoría del tiempo se encontrarían casi en el vacío debido a su minúsculo tamaño»
Sin embargo, Ricotti se muestra escéptico sobre si los átomos que sí son capturados puedan formar órbitas estables alrededor de un mini agujero negro, creando un equivalente gravitatorio.
Una de las razones es que los átomos en órbita se sobrecalentarían debido a la intensa gravedad y provocarían cargas eléctricas. Las partículas cargadas emitirían radiación electromagnética, vaciando de energía a las partículas y provocando en última instancia que cayeran en el agujero negro.
«Sin duda los equivalentes gravitatorios de los átomos serían objetos muy interesantes si existieran», añadió Ricotti.
Sin embargo, «me gustaría comprender mejor algunos puntos relacionados con la estabilidad de los equivalentes gravitatorios de los átomos y los mecanismos por los que [un átomo] es atraído».
Revelan el misterio del interior de los agujeros negros y que poseen velocidades cercanas a las de la Luz
Сientíficos europeos lograron determinar qué es lo que esconden en su interior los chorros de los agujeros negros que les proporciona su superpotencia característica: átomos pesados como el hierro y el níquel.
"A pesar de que llevamos décadas observando los agujeros negros, aún no estamos seguros de qué están hechos o lo poderosos que son", admite la astrónoma del Observatorio Europeo Austral (ESO), María Díaz Trigo, que ha liderado un estudio destinado a revelar la composición de estas gigantes emisiones de gas y que ha sido publicado en la revista 'Nature'.
Los científicos conocen desde hace décadas la existencia de los electrones (partículas de poca masa) en los chorros de alta velocidad de los agujeros negros. Sin embargo, el reciente estudio ha permitido detectar el rastro de átomos más pesados, en particular el hierro y el níquel, que son cientos de miles de veces más masivos que un electrón.
Según explican los investigadores, al moverse, una partícula pesada lleva consigo más energía que una más ligera moviéndose a la misma alta velocidad (dos tercios de la velocidad de la luz: 198.000 kilómetros por segundo), lo que genera su extraordinaria potencia. Los científicos afirman que su nuevo descubrimiento también puede ser aplicado a agujeros negros supermasivos, afirman los astrónomos.
Otro detalle que consiguieron descubrir los científicos sobre la naturaleza de estos gigantes misteriosos es que sus veloces chorros están impulsados por un cinturón de gas caliente -llamado 'disco de acreción'- que gira alrededor del agujero negro, y no por el giro del propio agujero, tal como describía la teoría anterior.
Los chorros de los agujeros negros son una de las mayores fuerzas del Universo. El material expulsado puede expandirse a distancias incomensurables de miles de años luz en el espacio a una velocidad cercana a la de la luz. Sus efectos son tan notables que pueden determinar dónde y cuándo las galaxias forman estrellas y cómo se desarrollan.
Los investigadores ya sabían desde hace décadas que los agujeros negros contienen electrones, que son partículas de poca masa, pero ahora encontraron la primera evidencia de átomos pesados, como el hierro y el níquel. Un átomo de hierro es unas 100.000 veces más masivo que un electrón. Cuando una partícula masiva se mueve lleva consigo más energía que una partícula más ligera moviéndose a la misma velocidad. Esto es lo que hace que sean tan poderosos.
Según un nuevo estudio, un agujero negro supermasivo situado a casi 60 millones de años luz de la Tierra gira casi a la velocidad de la luz.
Un grupo internacional de astrónomos ha conseguido medir por primera vez la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo, determinando que lo hace al 84 por ciento de la velocidad de la luz, o del máximo permitido por las leyes de la física.
Para el director del estudio Guido Risaliti, del Centro de Harvard-Smithsonian para la Astrofísica (CfA) y el Observatorio INAF-Arcetri en Italia, lo más emocionante del descubrimiento es que permite poner a prueba la teoría general de la relatividad en condiciones extremas, donde el campo gravitacional es enorme y el espacio-tiempo está distorsionado.
Los agujeros negros se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea, y generan un campo gravitatorio tal que nada escapa a su atracción, ni siquiera la luz, y distorsionan el espacio-tiempo en la región que les rodea.
Monstruo galáctico
Según, Risaliti, se cree que este monstruo galáctico que habita en el centro de la relativamente cercana galaxia NGC 1365 tiene dos millones de veces la masa del sol y mide 3,2 millones de kilómetros, más de ocho veces la distancia de nuestro planeta a la Luna.
El descubrimiento de Risaliti y su equipo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial de rayos X NuSTAR (telescopio espectroscópico de gama nuclear) y del observatorio espacial de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea.
Los astrónomos detectaron los rayos X de restos de estrellas girando en el disco de acreción que rodea el agujero negro, y utilizaron esos datos para determinar la velocidad de rotación.
Con esta información, esperan entender lo que ocurre dentro de estos enormes agujeros negros a medida que deforman el espacio-tiempo que les rodea.
Además, este descubrimiento da pistas sobre su pasado, y por extensión, sobre la evolución de la galaxia en la que se encuentra, algo que resulta todavía más sorprendente.
La evolución del Universo
Los agujeros negros supermasivos tienen un importante impacto en su galaxia anfitriona. «Cuando se forman estrellas, éstas arrojan gas en el agujero, aumentando su masa, pero la radiación que produce esta acreción calienta el gas de la galaxia, impidiendo que se formen más estrellas», afirma Risaliti.
«Por tanto, podemos afirmar que ambos acontecimientos (la acreción de los agujeros negros y la formación de estrellas) están muy relacionados».
Es posible que el descubrimiento de la velocidad de rotación de los agujeros negros arroje luz sobre la evolución de todo el universo: «Si conocemos la media de rotación de las galaxia en diferentes momentos», añade Risaliti, «podremos hacer un seguimiento mucho más preciso de la evolución».
Como si de fantasmas cósmicos se tratase, es posible que agujeros negrosen miniatura atraviesen la Tierra diariamente sin crear ningún peligro, como sugiere un estudio reciente.
Esta nueva teoría pone fin al temor de que poderosas máquinas como el Gran Colisionador de Hadronespuedan crear agujeros negros capaces de tragarse el planeta.
Los autores del estudio creen que estos minúsculos agujeros negros tienen un comportamiento completamente distinto al de sus hermanos mayores, llamados agujeros negros astrofísicos o de masa estelar.
A pesar de tener la masa de aproximadamente mil coches, un mini agujero negro es más pequeño que un átomo. Con ese tamaño un agujero negro no podría atraer mucha materia y en su lugar atraparía átomos y algunas moléculas más grandes a órbitas circulares, al igual que los protones atraen a los electrones en los átomos.
Así, los autores del estudio llaman a los mini agujeros negros que atraen materia a las órbitas «equivalentes gravitatorios de los átomos».
«Estos equivalentes no pueden causar ningún daño», afirma el coautor del estudio Aaron VanDevender, investigador de la empresa de biotecnologíaHalcyon Molecularde Redwood City (California). «Un átomo asociado a un equivalente gravitatorio podría desprenderse e impactar contigo, pero ni te darías cuenta. Se trata de una cantidad de energía muy pequeña».
Un universo lleno de mini agujeros negros
Se cree que los agujeros negros astrofísicos se forman al chocar enormes estrellas moribundas, dejando cuerpos tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de su empuje gravitacional.
Los científicos creen que varios agujeros negros astrofísicos pueden unirse y formar agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de grandes galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.
Aunque no podemos ver el agujero negro en sí mismo, los científicos pueden ver la luz del material extremadamente caliente que cae en el agujero negro, formando lo que se conoce como disco de acrecimiento.
Entretanto, las teorías afirman que se crearon muchos mini agujeros negros poco después del comienzo del universo, a medida que la materia densa se iba enfriando y expandiendo.
Según VanDevender, esa materia originaria no estaba distribuida de forma uniforme en el cosmos, por lo que algunas regiones del espacio eran más densas que otras.
«Debido a las variaciones aleatorias de la densidad [de la materia], algunos trozos formaron al principio agujeros negros», afirmó.
De acuerdo con el físico Stephen Hawking, los agujeros negros más pequeños deberían perder masa en forma de radiación y evaporarse en última instancia.
Sin embargo, la radiación descrita por Hawking nunca ha sido observada, por lo que el nuevo estudio supone que los mini agujeros originarios siguen existiendo en el universo.
Basándose en sus cálculos, VanDevender y su padre, J. Pace VanDevender, deSandia National Laboratoriesen Albuquerque (Nuevo México), creen que uno o dos de estos mini agujeros atraviesan la tierra cada día.
Los mini agujeros negros son demasiado pequeños como para absorber mucha materia.
De acuerdo con el nuevo estudio, publicado online este mes en arXiv.org, la principal diferencia entre los agujeros grandes y los pequeños es lo que ocurre en el llamado horizonte de sucesos (lo más cerca que puede estar un objeto de un agujero negro antes de que sea imposible escapar).
Cuanto más grande y masivo es un agujero negro, más grande es su horizonte de sucesos.
«Pensamos en la gravedad como una fuerza muy atrayente y en el caso de los agujeros negros más grandes la fuerza es tal que empuja a todo a su interior», comentó Aaron VanDevender. «En estos casos empujan hacia un horizonte de sucesos muy grande, el espacio que absorbe los objetos es enorme».
En comparación, el horizonte de sucesos de un mini agujero negro es incluso más pequeño que el diámetro de un átomo, lo que significa que el agujero negro puede atravesar un planeta entero y que aún así haya pocas posibilidades de acercarse demasiado a un átomo como para que pase el horizonte de sucesos.
Según esta teoría, cuando un mini agujero negro atrae una partícula, lo más probable es que gire alrededor del agujero negro lejos del horizonte de sucesos y no sea absorbida.
«En el caso de los equivalentes gravitatorios de los átomos, éstos no caen en el horizonte de sucesos por la misma razón por la que los electrones no caen en el núcleo», explicó VanDevender.
De acuerdo con las teorías de mecánica cuántica, los electrones no forman órbitas bien definidas alrededor de los átomos, como hacen los planetas alrededor del Sol, sino que las partículas se encuentran en una especie de nube de posibilidades alrededor del núcleo. La órbita más estable de un electrón, y la más probable, no está ni demasiado cerca ni demasiado lejos del núcleo.
De la misma manera, «aunque un mini agujero negro atrae a los átomos gracias a la gravedad, el efecto cuántico impide que absorba a los átomos».
Pocas veces un átomo o partícula se acerca lo suficiente a un mini agujero negro como para que éste lo absorba. Los VanDevender calculan que se necesitaría más tiempo que la edad del universo para que un mini agujero negro tragara todos los átomos de la Tierra.
¿Son los átomos inestables cerca de los mini agujeros negros?
Massimo Ricotti, astrónomo de la Universidad de Maryland está de acuerdo en que sería muy poco probable que un mini agujero negro capturara a un átomo gracias a la gravedad.
«Es muy difícil que los mini agujeros negros absorban materia, porque son demasiado pequeños», afirmó Ricotti, que no participó en el estudio. «Aunque atravesaran un cuerpo sólido, la mayoría del tiempo se encontrarían casi en el vacío debido a su minúsculo tamaño»
Sin embargo, Ricotti se muestra escéptico sobre si los átomos que sí son capturados puedan formar órbitas estables alrededor de un mini agujero negro, creando un equivalente gravitatorio.
Una de las razones es que los átomos en órbita se sobrecalentarían debido a la intensa gravedad y provocarían cargas eléctricas. Las partículas cargadas emitirían radiación electromagnética, vaciando de energía a las partículas y provocando en última instancia que cayeran en el agujero negro.
«Sin duda los equivalentes gravitatorios de los átomos serían objetos muy interesantes si existieran», añadió Ricotti.
Sin embargo, «me gustaría comprender mejor algunos puntos relacionados con la estabilidad de los equivalentes gravitatorios de los átomos y los mecanismos por los que [un átomo] es atraído».
Revelan el misterio del interior de los agujeros negros y que poseen velocidades cercanas a las de la Luz
Сientíficos europeos lograron determinar qué es lo que esconden en su interior los chorros de los agujeros negros que les proporciona su superpotencia característica: átomos pesados como el hierro y el níquel.
"A pesar de que llevamos décadas observando los agujeros negros, aún no estamos seguros de qué están hechos o lo poderosos que son", admite la astrónoma del Observatorio Europeo Austral (ESO), María Díaz Trigo, que ha liderado un estudio destinado a revelar la composición de estas gigantes emisiones de gas y que ha sido publicado en la revista 'Nature'.
Los científicos conocen desde hace décadas la existencia de los electrones (partículas de poca masa) en los chorros de alta velocidad de los agujeros negros. Sin embargo, el reciente estudio ha permitido detectar el rastro de átomos más pesados, en particular el hierro y el níquel, que son cientos de miles de veces más masivos que un electrón.
Según explican los investigadores, al moverse, una partícula pesada lleva consigo más energía que una más ligera moviéndose a la misma alta velocidad (dos tercios de la velocidad de la luz: 198.000 kilómetros por segundo), lo que genera su extraordinaria potencia. Los científicos afirman que su nuevo descubrimiento también puede ser aplicado a agujeros negros supermasivos, afirman los astrónomos.
Otro detalle que consiguieron descubrir los científicos sobre la naturaleza de estos gigantes misteriosos es que sus veloces chorros están impulsados por un cinturón de gas caliente -llamado 'disco de acreción'- que gira alrededor del agujero negro, y no por el giro del propio agujero, tal como describía la teoría anterior.
Los chorros de los agujeros negros son una de las mayores fuerzas del Universo. El material expulsado puede expandirse a distancias incomensurables de miles de años luz en el espacio a una velocidad cercana a la de la luz. Sus efectos son tan notables que pueden determinar dónde y cuándo las galaxias forman estrellas y cómo se desarrollan.
Los investigadores ya sabían desde hace décadas que los agujeros negros contienen electrones, que son partículas de poca masa, pero ahora encontraron la primera evidencia de átomos pesados, como el hierro y el níquel. Un átomo de hierro es unas 100.000 veces más masivo que un electrón. Cuando una partícula masiva se mueve lleva consigo más energía que una partícula más ligera moviéndose a la misma velocidad. Esto es lo que hace que sean tan poderosos.
Según un nuevo estudio, un agujero negro supermasivo situado a casi 60 millones de años luz de la Tierra gira casi a la velocidad de la luz.
Un grupo internacional de astrónomos ha conseguido medir por primera vez la velocidad de rotación de un agujero negro supermasivo, determinando que lo hace al 84 por ciento de la velocidad de la luz, o del máximo permitido por las leyes de la física.
Para el director del estudio Guido Risaliti, del Centro de Harvard-Smithsonian para la Astrofísica (CfA) y el Observatorio INAF-Arcetri en Italia, lo más emocionante del descubrimiento es que permite poner a prueba la teoría general de la relatividad en condiciones extremas, donde el campo gravitacional es enorme y el espacio-tiempo está distorsionado.
Los agujeros negros se encuentran en el centro de la mayoría de las galaxias, incluida la Vía Láctea, y generan un campo gravitatorio tal que nada escapa a su atracción, ni siquiera la luz, y distorsionan el espacio-tiempo en la región que les rodea.
Monstruo galáctico
Según, Risaliti, se cree que este monstruo galáctico que habita en el centro de la relativamente cercana galaxia NGC 1365 tiene dos millones de veces la masa del sol y mide 3,2 millones de kilómetros, más de ocho veces la distancia de nuestro planeta a la Luna.
El descubrimiento de Risaliti y su equipo ha sido posible gracias a las observaciones del telescopio espacial de rayos X NuSTAR (telescopio espectroscópico de gama nuclear) y del observatorio espacial de rayos X XMM-Newton, de la Agencia Espacial Europea.
Los astrónomos detectaron los rayos X de restos de estrellas girando en el disco de acreción que rodea el agujero negro, y utilizaron esos datos para determinar la velocidad de rotación.
Con esta información, esperan entender lo que ocurre dentro de estos enormes agujeros negros a medida que deforman el espacio-tiempo que les rodea.
Además, este descubrimiento da pistas sobre su pasado, y por extensión, sobre la evolución de la galaxia en la que se encuentra, algo que resulta todavía más sorprendente.
La evolución del Universo
Los agujeros negros supermasivos tienen un importante impacto en su galaxia anfitriona. «Cuando se forman estrellas, éstas arrojan gas en el agujero, aumentando su masa, pero la radiación que produce esta acreción calienta el gas de la galaxia, impidiendo que se formen más estrellas», afirma Risaliti.
«Por tanto, podemos afirmar que ambos acontecimientos (la acreción de los agujeros negros y la formación de estrellas) están muy relacionados».
Es posible que el descubrimiento de la velocidad de rotación de los agujeros negros arroje luz sobre la evolución de todo el universo: «Si conocemos la media de rotación de las galaxia en diferentes momentos», añade Risaliti, «podremos hacer un seguimiento mucho más preciso de la evolución».