Lección 16 del Curso teórico de agujeros negros, estrellas de Planck y Relatividad avanzada. Seguimos estudiando el horizonte de sucesos delimitado por el radio de Schwarzschild, como una barrera aparente a los fotones y a los objetos con masa. Estudiamos si es posible transformar la solución de Schwarzschild en una métrica de espacio-tiempo plano en coordenadas hiperpolares. Introducimos las coordenadas de Kruskal-Szekeres y describimos las zonas del espacio-tiempo de un agujero negro.
EHT publicó en 2019 la primera imagen de la sombra de un agujero negro supermasivo, M87*.Gracias a ella se estimó su masa en (6.5 ± 0.7) × 10⁹ masas […]...
El avance científico del año de 2019 nos mostrará el horizonte de eventos de un agujero negro y será la prueba más extrema de la Relatividad General de Einstein.
Las ondas gravitacionales observadas por LIGO permiten explorar ciertas teorías cuánticas de la gravedad. Los agujeros negros son cuerpos calientes con una entropía de Bekenstein–Hawking. En 1995, Bekenstein y Mukhanov propusieron que esta entropía se puede explicar si el área del horizonte de sucesos está dividida en unidades de área de Planck. En dicho caso el horizonte tendrá estados discretos de energía, como una especie de átomo. ¿Se puede explorar esta idea de forma experimental u observacional?
¿Se imaginan un telescopio de 130 metros de diámetro? Grande, ¿no? Como supondrán, es poco viable construir un telescopio de esas dimensiones, pero se pueden conseguir los resultados que se obtendrían con este gran telescopio a través de una técnica llamadainterferometría: consiste en combinar la luz de varios telescopios cercanos para aumentar la precisión de observación. Para que se hagan una idea, cada uno de los cuatro telescopios unitarios del VLT (Very Large Telescope) de ESO en Chile tienen un diámetro de 8,2 metros, pero si se combinan para formar el interferómetro, su potencia es la equivalente a ese telescopio de 130 metros, siendo la resolución obtenida 15 veces mayor que uno de los telescopios por separado.
La luz que captan los cuatro telescopios se canaliza hacia una salida donde se insertan los instrumentos pertinentes. Y uno de estos instrumentos acaba de hacer sus primeras observaciones de prueba. Se trata de GRAVITY, un instrumento cuyo principal objetivo es realizar detalladas observaciones de los alrededores del agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra Vía Láctea, a unos 25.000 años luz en dirección a la constelación de Sagitario.
Ya está disponible el vídeo youtube con la charla de Stephen Hawking ayer en el KTH Royal Institute of Technology, Estocolmo, Suecia. Ya ha sido visto más de 80000 veces, luego supongo que ya lo habrás visto. Pero en esta entrada trataré de
Hay que reconocer que el universo tiene un finísimo sentido del humor, vamos que se ríe de nosotros cada vez que quiere. Una de esas ocasiones es en la que parece decirnos que está dentro de un ag...
Durante los últimos días ha habido cierto movimiento y cierta controversia en torno al tema de la existencia o inexistencia de nuestros queridos amigos los agujeros negros. Esta vez le ha tocado e...
In the 1800s scientists studying things like heat and the behavior of low density gases developed a theory known as thermodynamics. As the name suggests, this theory describes the dynamic behavior of heat (or more generally energy). The core of thermodynamics is embodied by its four basic laws.
Lección 17 del Curso teórico de agujeros negros, estrellas de Planck y Relatividad avanzada. En esta lección estudiamos las trayectorias de las partículas que han penetrado dentro de un agujero negro. Averiguamos la inversión espacio-tiempo y cómo resuelve las trayectorias taquiónicas.
Teoría de agujeros negros y astrofísica, incluyendo evolución estelar, agujeros negros, estrellas de neutrones, singularidades y horizontes de sucesos (de eventos). La primera clase es didáctica para todos los públicos. Las siguientes requieren nociones de Relatividad general de Einstein y física cuántica, especialmente el principio de indeterminación de Heisenberg. Se recomienda la visualización de los cursos de Relatividad Especial y General de Einstein disponibles en el canal.
Lección 13 del Curso teórico de agujeros negros, estrellas de Planck y Relatividad avanzada. En esta lección estudiamos el horizonte de sucesos delimitado por el radio de Schwarzschild, como una barrera aparente a los fotones y a los objetos con masa.
Teoría de agujeros negros y astrofísica, incluyendo evolución estelar, agujeros negros, estrellas de neutrones, singularidades y horizontes de sucesos (de eventos). La primera clase es didáctica para todos los públicos. Las siguientes requieren nociones de Relatividad general de Einstein y física cuántica, especialmente el principio de indeterminación de Heisenberg. Se recomienda la visualización de los cursos de Relatividad Especial y General de Einstein disponibles en el canal.
LIGO y Virgo han anunciado una nueva onda gravitacional, GW190415, en el Run O3.Se trata de la primera observación de una fusión de agujeros negros con masas muy diferentes, …...
He participado en el episodio 189 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido , titulado “Huracán de Materia Oscura; Polémica LIGO; Barnard b; Eventos Solares en la Guerra de Vietnam; Agujeros Negros”.Por cierto, el martes 20 de noviembre...
El Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO) ha realizado una tercera detección de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio y el tiempo, demostrando que una nueva ventana en la astronomía ha sido firmemente abierta. Como ocurrió con las dos primeras detecciones, las ondas se generaron cuando dos agujeros negros colisionaron para formar un único agujero negro más grande.
El recién descubierto agujero negro, formado por fusión, tiene una masa equivalente a 49 veces la de nuestro Sol. Esto rellena una brecha entre las masas de los dos agujeros negros fusionados previamente detectados por LIGO, con 62 masas solares (primera detección) y 21 (segunda detección).
Las fusiones de dos agujeros negros, como las que produjeron las ondas gravitacionales descubiertas por el observatorio LIGO, se consideran procesos complejísimos que solo se pueden simular con los superordenadores más potentes del mundo. Sin embargo, dos físicos teóricos de la Universidad de Barcelona han demostrado que con ecuaciones sencillas se puede explicar lo que ocurre en la frontera espacio-temporal de los dos objetos en fusión, al menos cuando se une un agujero negro gigante con otro diminuto.
Los MACHOs y los agujeros negros de masa estelar no pueden constituir toda la materia oscura del universo. Según los límites actuales podrían constituir una pequeña parte. Más aún, según las teorías de formación del universo la densidad
Los grandes avances en la comprensión de la naturaleza suelen llevar asociados cambios de paradigma, donde una persona plantea un enfoque completamente nuevo a un problema rompiendo con algunos prejuicios de los modelos anteriores pero manteniendo las mismas predicciones ya verificadas. En física teórica los avances solo son relativamente conocidos hasta hace unos 40 años.
En el siglo XVII Johanes Kepler e Isaac Newton matematizaron la naturaleza y nos ayudaron a comprender que esta se comunica con nosotros, a priori, en lenguaje matemático. Si el hecho de que las ecuaciones funcionen o no es un constructo nuestro o algo fundamental es metafísica, pero el hecho relevante es que gracias a ellos se pudo plasmar en ellas el conocimiento científico y dar más sentido al mundo en el que vivimos. La gravitación universal nos ponía en nuestro sitio en el cosmos, liquidando preguntas sin respuesta desde la antigua Grecia e incluso antes.
En el siglo XVIII Benjamin Franklin y Charles Coulomb, entre otros, ayudarían a comprender los fenómenos eléctricos con el concepto de carga, abriendo las puertas al posterior desarrollo de las baterías y la teoría de circuitos eléctricos.
En el siglo XIX James Maxwell se dio cuenta de que la única posibilidad de combinar todas las leyes del electromagnetismo pasaba por suponer que la luz era una onda electromagnética cuya velocidad no dependía del observador que la observase, dando lugar a la idea de que las bases de la mecánica clásica estaban mal.
Gracias al trabajo de Maxwell, Einstein abriría la puerta a principios del siglo XX a la idea de que el tiempo puede depender del observador y el espacio-tiempo está curvado con su teoría de la relatividad. Además, el mismo Einstein abrió la puerta a la física cuántica reinterpretando la ley de Max Planck sobre la luz emitida por estrellas como si estuviese compuesta por fotones. Este segundo aporte, y no el primero, le valió el premio Nobel.
Las dos hijas de Einstein (aunque denominarlas así reste importancia a otros autores), sin embargo, nunca se llevaron bien. La relatividad general es una teoría determinista, en la que conociendo todos los parámetros de un sistema podemos conocer a la perfección cómo evolucionará. La mecánica cuántica, por el contrario, es incapaz de predecir la evolución de todos los parámetros de un sistema, negando algunos autores que existan mientras no son medidos.Sobre las implicaciones conceptuales de la mecánica cuántica hablamos extensamente en la entrada anterior.
El último cambio de paradigma archiconocido llegó de las manos de varios autores jóvenes en los años 70: Stephen Hawking, Jacob Bekenstein, Willian Unruh y otros, cuando descubrieron que el vacío podía tener propiedades diferentes para distintos observadores y debido a este hecho los agujeros negros tenían que radiar. Lo que para un observador no tiene nada, para otro es un estado térmico de partículas sometidas a las leyes de la termodinámica. Sobre esto hablamos hace un par de entradas.
En esta ocasión veremos qué desencadenó en el marco conceptual la radiación de Hawking: el principio holográfico. Para mí, dentro de mi subjetividad, una de las propuestas teóricas más hermosas y desarrolladas del intelecto humano. En 1929 Paul Dirac dijo que su ecuación para la física cuántica tenía que ser cierta “porque era demasiado hermosa para que la naturaleza la hubiera desestimado”. Con este principio sucede lo mismo. No sabemos a ciencia cierta que sea correcto, pero hace 20 años que ocupa el podio de la investigación en gravedad cuántica y, de hecho, fue lo que dio el mayor empujón a la famosa teoría de cuerdas (aunque no depende de ella).
Agujeros negros y determinismo en relatividad general:
Como vimos en la entrada sobre órbitas alrededor de agujeros negros, cuando un cuerpo llegaba al horizonte de sucesos su tiempo pasaba infinitamente más despacio que en el exterior. Esto implica que cuando uno atraviesa el horizonte de un agujero negro en principio el universo del que procede ha acabado: ha pasado infinito tiempo mientras caía. Este hecho era el que hacía de los agujeros negros objetos tan especiales y les dio tanta relevancia en la ciencia-ficción. Si uno consigue salir de un agujero negro relativista, no puede aparecer en el universo desde el que entró porque ya no existe.
No obstante, la relatividad general es perfectamente determinista: la trayectoria del cuerpo que cae al agujero negro se puede seguir matemáticamente hasta que llega a la singularidad central, aunque ahí no se sepa qué le sucede.
Agujeros negros y determinismo con gravedad cuántica:
En el momento en el que combinamos la relatividad general con la teoría cuántica de campos los agujeros negros no solo pueden sino que además deben radiar. Más cuanto más pequeños sean. Su temperatura disminuye solo a medida que crecen, mientras que por contrapartida aumentan su entropía.
Sin embargo, dado que radian, contrariamente a lo previsto por la relatividad general los agujeros negros tienden a disminuir su tamaño salvo que se los alimente constantemente con materia nueva.
La termodinámica de agujeros negros surgió porque era necesario asignarles entropía dentro de un marco teórico adecuado: si no la poseían, era posible cargarse la entropía del universo arrojando cosas a un agujero negro.
Recent headlines have proclaimed “Black Holes Don’t Exist!” They’re wrong. Black holes absolutely exist. We know this observationally. We know by the orbits of stars in the center of our galaxy that there is a supermassive black hole in its center. We know of binary black hole systems. We’ve found...
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