El Tamiz

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Miden por primera vez la velocidad angular de un agujero negro supermasivo

Ya se había estimado la velocidad angular de algunos agujeros negros más pequeños, y no con demasiada precisión, pero científicos de la Universidad de Maryland han logrado por primera vez medir la velocidad de giro de varios agujeros negros supermasivos con gran precisión - uno de ellos gira al 98.7% del máximo permitido por la Teoría de la Relatividad General de Einstein (unas mil veces por segundo para agujeros negros más pequeños).

Los astrónomos han utilizado el telescopio de rayos X XMM-Newton de la ESA para observar la línea espectral de emisión de los átomos de hierro que están siendo absorbidos por el agujero negro cuando se encuentran en el disco de acreción. La alteración de estas líneas espectrales les ha permitido calcular con gran exactitud la velocidad de giro de varios agujeros negros supermasivos. Los datos más precisos son del que está en el centro de la galaxia MCG-06-30-15: este agujero negro gira al 98.7% de la velocidad máxima posible de acuerdo con la Teoría de la Relatividad General (que es algo más de mil veces por segundo).

Los agujeros negros supermasivos son los que se encuentran en el centro de prácticamente todas las galaxias. “Supermasivo” significa justo lo que crees: son los que tienen una masa de al menos cien mil veces nuestro Sol (pero pueden llegar hasta a diez mil millones de Soles). A pesar de lo que la gente piensa, no hace falta que sean muy densos: la densidad de un agujero negro lo suficientemente grande puede ser menor que la del aire que estás respirando; su volumen es tan enorme que la masa total es suficiente para atrapar la luz.

La densidad gigantesca es necesaria en los agujeros más pequeños (necesaria en el sentido de que hace falta para que se trate de un agujero negro), porque al tener menos masa total necesitan concentrarla en un volumen muy pequeño para que su atracción gravitacional sea suficiente para que la velocidad de escape sea mayor que la de la luz. Por eso siempre que pensamos en agujeros negros, pensamos en densidades enormes.

Por otro lado, piensa en la magnitud del asunto: un agujero negro que tiene la masa de millones de Soles girando cientos de veces por segundo…es difícil de asimilar.

Los agujeros negros supermasivos pueden surgir básicamente de dos maneras: mediante la colisión de agujeros negros más pequeños, en cuyo caso la velocidad angular resultante no suele ser grande, o mediante la acreción de masa paulatinamente, en cuyo caso el agujero se va acelerando angularmente cuando la masa le transfiere su momento angular (algo parecido, aunque sea un ejemplo patético, a cómo el agua del desagüe va girando cada vez más deprisa cuando se acerca al agujero, al disminuir el radio de giro).

De manera que el agujero supermasivo de MCG-06-30-15 probablemente ha conseguido ese enorme tamaño absorbiendo materia poco a poco.

Para saber más: Comunicado de la Universidad de Maryland.

Astronomía, Ciencia

18 comentarios

De: cruzki
2007-05-30 20:03:22

ERRATA: son los que tienen una masa de al menos cien mil veces nuestro Sol (pero pueden llegar hasta a diez mil Soles)Supongo que quieres decir "pero pueden llegar hasta a diez millones de Soles" o algo del estilo

De: Pedro
2007-05-30 20:16:46

¡Gracias mil, cruzki! Debería decir diez mil MILLONES de Soles...está corregido. Y, como siempre, juro que lo he leído tres veces en busca de erratas así. *suspiro*

De: Nikolai
2007-05-31 03:07:57

da miedo la cosa del agujero en nuestra galaxia...
"ahora que lo pienso" esto me hace recordar aquella saga de la sección de filosofía sobre el principio antrópico XD
que cada día las cosas se ponen más misteriosas pero ni modo.. todo parece ser un mar de coincidencias

De: Ferran Ferri
2007-05-31 09:58:04

Pues despues de leer la parte de relatividad y la de agujeros negros me surge una duda; espero no haberme saltado esa parte... Si la luz siempre viaja a 300.000 m/s bajo cualquier concepto (segundo postulado de la relatividad), como es que los agujeros negros no la dejan salir (se que se curva, por tanto se van hacia el agujero).... quiere decir entonces que la luz se transforma en calor? O que los agujeros negros tienen luz atrapada? O los agujeros negros pueden destruir la luz?

De: aficionao
2007-05-31 10:28:39

Yo no soy un iniciado en astronomía pero creo que no dejan escapar la luz, la tienen atrapada mediante fuerzas gravitatorias, que son tan altas (y eso lo he aprendido mas arriba) por la enorme masa y/o densidad de los agujeros negros

De: Agassichan
2007-05-31 12:18:03

Respecto al comentario de Ferran, comentarte que el centro de un agujero negro es una singularidad del espacio/tiempo. No se si estas familiarizado con lo que es una singularidad, pero digamos que alli ni el espacio ni el tiempo existen, no se pueden aplicar las leyes de la fisica... Es complicado... De hecho al acercarte al centro, el tiempo se relentiza hasta que "virtualmente" se para... Si cayeras a un agujero negro y sobrevivieras a un monton de cosas que te enfrentas, moririas de viejo antes de llegar al fondo...Supongo que en breve nos deleitaran con una entrada sobre agujeros negros!

De: neutrino
2007-05-31 14:20:33

¿Como puede alguien decir semejante burrada?Como va a ser la densidad dentro de un agujero negro ni parecida a la del aire, en un agujero negro las fuerzas gravitacionales son tan intensas que comprimen la materia de tal forma que rompen cualquier atomo y la materia se encuentra a densidades casi infinitas...En fin... ¿de donde sacaron a estos del tamiz? vaya desinformacion, ni los periodistas de la prensa rosa tienen tan pocos conocimientos de fisica.

De: Pedro
2007-05-31 18:04:03

neutrino,Lamento que el artículo no te haya gustado. Sin embargo, creo que la desinformación la tienes tú. Cuando hablamos del tamaño o la densidad de un agujero negro (y lo hacemos todo el tiempo, como puedes ver en los enlaces), lo hacemos acerca de la región en el interior del Radio de Schwarzschild, no de la singularidad.Un agujero negro de la masa de la Tierra necesitaría una densidad de 2 × 1030 kg/m3, mientras que uno suficientemente grande no necesitaría más que la densidad del agua, o incluso del aire, para no dejar escapar la luz.Enlaces al canto:http://curious.astro.cornell.edu/question.php?number=219http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole (busca "density")http://en.wikipedia.org/wiki/Supermassive_black_holes (busca "density")Por cierto, aunque nos hubiéramos columpiado, que no es el caso, creo que ésas no son maneras de escribir un comentario en un blog que trata de hacerlo lo mejor que puede - todos somos humanos y seguro que en otra ocasión nos equivocamos. No veo a qué conduce esa hostilidad.

De: convidat
2007-05-31 18:51:43

Respecto al comentario 6 (el de Agassichan) ... comentarte que creo que te confundes. La verdad es que no estoy muy puesto en Relatividad General pero seguro que te equivocas al afirmar que para uno que cayera dentro del agujero negro el tiempo se ralentizaría. Vamos a ver ... para un observador de fuera si que le parecería que el pobre desgraciado tardaría mucho en llegar al agujero negro (no se si en llegar a la singularidad o al horizonte de sucesos .. ya te he comentado que no tengo mucha idea de Relatividad General) .. pero para el sujeto en cuestión el tiempo pasaría igual de aprisa que aquí en la Tierra.
Lo que te olvidas en comentar es que la duración temporal entre dos sucesos depende del observador. A modo de ejemplo (los valores no son los exactos, no tengo ganas de buscar los datos ahora), eso sí, de la relatividad especial:
Hay unas partículas llamadas muones que son "parecidas" a los electrones pero con mayor masa (unas 200 veces la masa del electrón). Pues bien estas partículas no son estables como los electrones, si no que se desintegran dando lugar a otras partículas mas estables bastante rápidamente (digamos que tienen una vida corta). Supongamos que el tiempo de vida de estas partículas es de 1 segundo (no se exactamente cuanto es, solo es a modo de ejemplo)... estando en reposo.
Pues bien, si medimos la vida de estas partículas (se forman en las colisiones de otras partículas, por ejemplo cuando chocan fotones muy energéticos provenientes del espacio con partículas de nuestra atmósfera) se observa que duran mas tiempo entre que se crean y que se desintegran ... pero eso es lo que observamos porque se mueven muy rápidamente respecto a nosotros ... pero si ponemos un reloj al lado de la partícula (moviéndose a la misma velocidad de la partícula) el tiempo que mide es exactamente de 1 segundo. Es decir, por muy rápido que uno se mueva no tarda mas tiempo en envejecer (el reloj que uno lleva consigo mismo no pasa más lentamente) ... pero si tu te mueves muy rápido respecto a otro observador este podría observar que entre que te levantas a almorzar y te a cuestas otra vez para dormir han pasado muchas mas horas de lo normal (o muy pocas .. dependiendo de si te mueves hacía él o te alejas de él) ... por cierto .. lo mismo observarías tu respecto al tiempo entre dos sucesos que ocurrieran en el Sistema de referencia de esa otra persona.

De: YoniBenitez
2007-05-31 22:35:54

Buenas! Hace poco tiempo que leo vuestros artículos y me resultan de lo más interesante, soy un completo profano de la astrofísica, pero al leer este artículo me ha asaltado una duda que seguro que alguno de vosotros podría aclararme: Un agujero supermasivo no tiene por qué caracterizarse por una alta densidad pero sí por una masa enorme, por tanto el volúmen del mismo será también de gran magnitud. Si la velocidad de la luz es de 300000 km/s y el agujero gira aprox. a una frecuencia de 1000 hz, la velocidad de una partícula que se encuentre en los límites del agujero supermasivo sobrepasaría con creces la velocidad de la luz no? es más, si el agujero gira mil veces por segundo y suponemos que tiene una forma más o menos esférica (parezco un ingeniero) éste no podría tener un radio mayor a 300.000/2*Pi, es decir, menos de 50km. ¿Dónde está el error? que seguro que lo hay!.Un saludo!!En teoría, no hay diferencia entre teoría y práctica, en la práctica si la hay.

De: YoniBenitez
2007-05-31 22:40:21

Corrección: La fórmula del final debería ser: 300.000/2*Pi*1000 que viene a ser menos de 50 km.

De: Pedro
2007-06-01 07:27:20

Yoni,No sé suficiente Relatividad General para darte una respuesta completa, pero podemos pensar juntos :)No sé hasta qué punto el límite de la velocidad de giro se debe al límite de la velocidad de la luz, y si la fórmula que relaciona velocidad lineal y angular se mantiene sin que pasen "cosas raras" al ir tan rápido.La velocidad angular de 1000 rps, como dice el artículo, es para agujeros negros más pequeños que éste: no he conseguido encontrar la del agujero de la noticia, sino de otros de menor masa, de modo que puede no haber ningún error en tu razonamiento - tal vez simplemente se trate de la diferencia de tamaño (al fin y al cabo, un agujero negro de la masa de la Tierra tendría el tamaño de una canica).Podemos sacar números: llamemos al radio máximo de un objeto que gira a 1000 rps según tu cálculo (que, si no pasan "cosas raras" es correcto) "Radio de Yoni". ¿Qué masa máxima podría tener entonces un agujero negro en rotación con el Radio de Yoni?El radio de Schwarzschild viene dado por 2GM/c2, de modo que igualando al Radio de Yoni,M = c2*Ry/2GQue es más o menos veinte veces la masa de nuestro Sol. De manera que las 1000 rps se corresponderían con un agujero negro mucho más pequeño que el de la noticia.Pero, como digo, no sé si ese cálculo es correcto o no. ¿Afecta a este cálculo el "arrastre de marco" u otros efectos de la TRG? No lo sé. Tal vez alguien más entendido en la TRG pueda darnos más información acerca de la velocidad máxima de rotación.

De: Sider
2007-06-01 10:14:57

En lo referente a la densidad de los agujeros negros estoy con Neutrino, no creo que pueda ser menor que la del aire, no pueden calcularlo correctamente ya que no pueden saber el radio de un agujero negro debido a que absorbe la luz en torno a él haciendo que pueda parecer muchísimo mayor de lo que relámete es.
Así que aunque no pueda demostrarlo, estoy convencido de que los conocimientos actuales sobre el tema son erróneos en ese aspecto.Por otra parte... ¿qué es realmente un agujero negro?
Supongamos que una estrella de neutrones es un conglomerado gigante de neutrones donde las partículas subatómicas han sido neutronizadas y solo quedan en esta muchos neutrones juntos dando como resultado una gran densidad. ¿Que puede tener una densidad mayor que una masa compuesta únicamente de neutrones? ¿Es un agujero negro un conjunto de nuevas partículas surgidas de la fusión de neutrones o es todo el una gran partícula sin posibilidad de fragmentación ni división en partículas menores?En fin, supongo que todos moriremos antes de tener respuestas a muchas preguntas...

De: YoniBenitez
2007-06-03 14:00:29

Pedro gracias por tu respuesta, supongo que utilizar las fórmulas de "geometría/cinética clásica" no son aplicables para estas condiciones, pero, sinceramente, no me veo con fuerzas para estudiarme al detalle la TRG. De todas maneras no deja de ser un fenómeno que escapa a cualquier imaginación pensar en un objeto tan grande girando ciento de veces por segundo (sería todo un éxito en Port Aventura).PD: Ya he propuesto a la Science el "radio de Yoni" ;)

De: xx32
2008-07-01 16:33:31

Se me rompen los fusibles pensar en algo diez mil millones de veces la masa de nuestro sol, que ya tiene una masa dificil de imaginar.
Yo creo que un agujero negro es una singularidad donde no hay dimensiones (ni temporales ni espaciales), o solo tiene la temporal..


De: chamaeleo
2008-07-01 23:18:29

Me parece interesante lo que plantea Sider: ¿qué es un agujero negro? Lo más parecido a un agujero negro que mi mente puede imaginar es una estrella de neutrones. Un agujero negro sería como una conglomeración de quarks?

Antes de seguir quiero exponer este símil (aviso de que no sé si está bien proporcionado): Si el núcleo de un átomo es una pelotita de 10cm de diámetro, el electrón sería algo más pequeño que un guisante dando vueltas a unos 8km de distancia. El resto del átomo, vacío. No es de extrañar que si todo el átomo vacío se rellenase, la densidad sería enorme.

Pero entiendo que los agujeros negros, además de la densidad, también dependen de sus masas. Así por ejemplo, una densidad muy pequeña -como la del agua- puede dar lugar a un agujero negro si cuenta con la masa suficiente -varios millones de soles. Y una masa pequeña -como la de 3 soles- puede dar lugar a un agujero negro si cuenta con la densidad suficiente -como un conglomerado de neutrones.

Pero materialmente, el agujero negro seguiría estando hecho de la materia que los originó? ¿Seguirían estando hechos de quarcks y electrones? ¿o éstos se descompondrían (o recompondrían) en unas formas más exóticas o elementales?


De: chamaeleo
2008-07-01 23:31:38

Y se me olvidaba: el planteamiento de la densidad-masa necesario para dar lugar a un agujero negro me hace pensar en dos límites, que no sé si se podrán calcular empleando alguna fórmula:

Densidad mínima necesaria para formar un agujero negro: Contando con una masa casi ilimitada (por ejemplo, 10^55 kg), cuál sería la densidad mínima necesaria para dar lugar a un agujero negro. Supongo que habrá una densidad tan baja a partir de la cual, por más masa que tengas, no generarías el agujero negro, porque la masa estaría tan "diluida" que la gravedad pierde más fuerza con el aumento de distancia que la que gana con el incremento de masa.

Masa mínima necesaria: Contando con una densidad casi ilimitada (por ejemplo, 10^30 g/cm^3), cuál sería la masa mínima necesaria para dar lugar a un agujero negro.

En este último caso no se me ocurre ninguna razón por la cual una masa tan pequeña no origine un agujero negro, aunque sea del tamaño de un electrón. Esto también me dio que pensar -desde mi ignorancia- acerca de si las partículas más elementales de la materia son minúsculos agujeros negros, ya que se tratan de partículas muy densas que tienen unas características muy raras.


De: dulc
2012-10-13 18:39:29

no me sirve de nada


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