En aquest blog els alumnes de 4t d'ESO tracten temes científics del seu interès. http://www.institucio.org/mestral

dimarts, 10 d’abril de 2007

Forats negres

En astronomia, un forat negre és un astre o objecte celeste amb una densitat tal que la seva força gravitatòria és tan forta que la velocitat d’escapament és superior a la velocitat de la llum. Per tant, res que es trobi dins del seu horitzó d’esdeveniments pot escapar-ne, excepte a través de l’efecte túnel quàntic. El terme "forat negre" no s’ha d’entendre com un "forat" en el sentit usual del terme sinó com una regió de l’espai de la qual res no pot escapar, ni tan sols la llum. Per aquest motiu se’ls anomena "negres".
En el centre d’un forat negre, segons prediu la relativitat general, hi ha sempre una singularitat, un punt infinitament petit de densitat i gravetat infinites que arriba a un volum nul i a un radi zero. Aquests "infinits" i "zeros" el que realment demostren és que la relativitat general no és adequada per descriure’ls, i que probablement es necessita una teoria quàntica de la gravetat.
Tipus de forats negres

Segons l'origen

Forats negres primordials: creats d’hora en la història de d’univers. Les seves mases poden ser variades, i cap ha estat observat.

Forats negres supermassius: amb masses de diversos milions de masses solars. Aquests es formen en el mateix procés que dóna origen a les components esfèriques de les galàxies.

Forats negres de massa intermitja: tenen una massa d’uns quants milers de masses solars. Poden ser una possible font dels raigs X ultralluminosos. L’any 2004 es va detectar un candidat a forat negre de massa intermitja orbitant el forat negre supermassiu Sagittarius A* al centre de la Via Làctia.

Forats negres de massa solar: aquests es formen quan una estrella de massa 3 vegades major que la del Sol es converteix en supernova i explota. El seu nucli es concentra en un volum molt petit que cada vegada es va reduint més.
Adimensionals / Unidimensionals
Forat negre d'Schwarzschild: si el forat negre és adimensional.
Forat negre d’einstein: si és unidimensional. Una evolució d’aquests darrers són els forats de cuc, que, en teoria, poden ser portes en d’espaitemps que podrien comunicar dos punts llunyans d’univers o del temps.
Formacio d’un Forat negre
Quan explota una supernova*, el nucli de l’estrella es col·lapsa i acostuma a donar lloc a una estrella de neutrons, però no sempre és així. D’acord amb càlculs teòrics, una estrella de neutrons no pot ser major de 3 masses solars. Què passa, doncs, si una estrella amb una massa major es col·lapsa? El més probable és que es converteixi en un forat negre.

En una regió del voltant de una massa col·lapsada, el camp gravitatori és tant fort que ni la llum pot escapar. Un forat negre que mesura una mil milionèsima part d’un metre, pot pesar fins a un miliard de tones. El gas que té el forat negre pel voltant rodant a una velocitat que és quasi la meitat que la de la llum, pot arribar als 100 milions de graus centígrads

Supernova: Una supernova és una explosió estel·lar que correspon a l’ultimà etapa de l’evolució de determinats estels (estels binaris, i estels massius). Durant aquesta etapa la lluminositat de l’estel pot augmentar en un factor de 108.
On es formen els forats negres

Es creu que en el centre de la majoria de les galàxies (entre elles la Via Làctia) hi ha forats negres supermassius, encara que la majoria són actualment inactius. Les galàxies amb el nucli actiu com les galàxies de Seyfert, radiogalàxies o els Blazars, es creu que són galàxies amb un forat negre encara actiu en el seu nucli. Les emissions es produeixen a causa de la materia del disc d'acreció que es forma al voltant de l'horitzó d'esdeveniments.
Alguns forats negres actius

NGC 4261
Es troba a la constel·lació Virgo, a 100 milions d'anys llum de distància. Aquesta fotografia del seu nucli mostra un disc de pols i gas d'uns 800 anys llum de diàmetre i una massa 100000 vegades més gran que la del Sol.

La velocitat de rotació d'aquest disc indica que l'objecte central de la fotografia, d'un diàmetre no superior a 80 unitats astronòmiques, té una massa 1200 milions de vegades més gran que la del Sol. El que resulta més sorprenent és que aquest forat negre està descentrat 20 anys llum respecte al disc, que tampoc ocupa el centre galàctic. Alguns astrònoms pensen que els materials ejectats a gran velocitat per aquests objectes poden produir un efecte d'acció i reacció, desplaçant el forat negre com si fos un coet.

NGC 1068
Es una galaxia activa de Seyfert de tipos 2 que es trova a uns 60 milions d'anys llum de nosaltres. Aquestes galaxias tenen un nucli que brilla amb un esclat 1000 milions de vegades mes gran que el del Sol. També presenten variacions de luminositat amb un període de pocs dies. Aixó implica que el focus d'on prové l'energia ha d'ocupar un espai d'uns pocs dies llum de diàmetre.
M 87
Es troba a 50 milions d'anys llum de nosaltres, a la constel·lació Virgo.
El 1917 es va descobrir una expansió en forma de dit sortint del nucli d'M87. Als anys cinquanta es va comprobar que aquesta galàxia emetia també enormes quantitats d'energia en forma d'ones de ràdio. A les millors imatges s'hi veia sortir del nucli un estret raig de forma cònica, amb condensacions d'uns 10 anys llums de diàmetre: una mida petita a escala galàctica. Alguns deien que només un forat negre podia explicar tota aquesta activitat. Per altres, els forats negres no eren més que curiositats teòriques.

Quan Holland Ford i Richard Harms van veure per primera vegada aquesta fotografia, obtinguda amb la càmara WFPC-2 del telescopi espacial, van quedar impresionats per la insospitada presència d'una estructura espiral al interior d'aquesta galàxia el·líptica. El gas de l'espiral és hidrogen ionitzat a uns 10000º K. A 60 anys llum del centre gira a 550 km/s al voltant d'un objecte amb una massa 3000 milions de vegades més gran que la del Sol concentrada dins d'un espai no més gran que el nostre sistema solar. "Si no es tracta d'un forat negre, llavors no tinc idea de què és", ha dit Holland.

(informació extreta de http://es.wikipedia.org/)

Treball realitzat per: Marc Andreu, Àlex Ramon, Aaron Miralles i Jaume Parramon.