Agujero Negro

Un agujero negro es un objeto tan masivo que ni siquiera la luz puede escapar de él. La idea de un agujero negro surge de los conceptos de la relatividad general de Einstein, particularmente de la curvatura del espacio-tiempo por la gravedad de un objeto masivo. El hecho de que la luz siga esta curvatura sugiere la posibilidad de una curvatura tan extrema que la luz no pueda escapar de la vecindad del objeto. La gravedad de un objeto masivo interactúa con los fotones para producir un desplazamiento al rojo gravitacional, lo que representa una disminución en la energía de los fotones al aumentar la distancia radial. Si la frecuencia y la energía de desplazamiento al rojo del fotón es cero, esta es otra forma de decir que el fotón no puede escapar. El desplazamiento al rojo de cero está asociado con un radio, el radio de Schwarzschild. Utilizando la existencia de un radio de Schwarzschild para caracterizar un agujero negro, se hace evidente que un agujero negro con una masa más grande tendrá un radio de Schwarzschild más grande para que los agujeros negros puedan existir con cualquier masa siempre que esa masa pueda estar contenida en un radio suficientemente pequeño . El desarrollo que describe el desplazamiento al rojo gravitacional también apunta a la dilatación del tiempo gravitacional, al hecho de que estar más cerca de una masa gravitacional disminuirá progresivamente el progreso del tiempo. Cuando un objeto se acerca al radio de Schwarzschild, el progreso del tiempo se acerca a cero, de modo que el tiempo se detiene. Este radio se denomina comúnmente "horizonte de sucesos" ya que no hay información disponible más allá de este radio. Si se contrae un objeto masivo, hay ciertos procesos que tienden a detener la contracción, como la degeneración de electrones que puede detener la contracción para formar una enana blanca. Si la masa es demasiado grande para una enana blanca, la degeneración de neutrones puede detenerla para formar una estrella de neutrones . Pero si la masa es mayor que dos o tres masas solares, no existe un mecanismo conocido para detener el colapso adicional y se presume no solo que el colapso resultará en un agujero negro, sino que el colapso continuará hacia la extensión espacial cero, una singularidad.
Índice

Ideas de la Relatividad General

Conceptos de Agujero Negro
 
HyperPhysics*****RelatividadM Olmo R Nave
 Atrás





La Gravedad y el Fotón

La expresión de la energía relativista atribuye una masa a cualquier partícula energética, y para el fotón

La energía potencial gravitacional es entonces


Cuando el fotón escapa del campo de gravedad, tendrá una frecuencia diferente


Como está reducido en frecuencia, a esto se le llama desplazamiento al rojo gravitacional o desplazamiento al rojo de Einstein. La expresión anterior es una aproximación para campos de gravedad débiles, que se pueden aplicar a pequeños desplazamientos de laboratorio en la Tierra como el experimento de la Torre de Harvard, pero puede generalizarse para campos gravitacionales de cualquier intensidad.

* La idea de "energía potencial gravitacional" para un fotón debe ser coherente con la relatividad general, lo que atribuiría el efecto de la gravedad a la curvatura local del espacio-tiempo. Por lo tanto, cualquier "masa efectiva" para el fotón está sujeta a las mismas dificultades que la "masa relativista" para una partícula de alta velocidad.

Energía de Escape de un Fotón
 Índice

Ideas de la Relatividad General
 
HyperPhysics*****RelatividadM Olmo R Nave
 Atrás





Energía de Escape de un Fotón

Si bien la idea de una energía potencial gravitacional* efectiva para el fotón es de alguna utilidad en campos gravitacionales débiles o pequeños desplazamientos cerca de la Tierra, generalmente es más útil trabajar con la expresión general para el desplazamiento al rojo gravitacional. Suponiendo que se emite un fotón a un radio r0 cerca de una masa gravitacional M y se mide a una gran distancia de la masa, la frecuencia observada viene dada por la fórmula

Si la frecuencia y la energía del fotón son esencialmente cero a la gran distancia de observación, entonces la expresión de la derecha se ha acercado a cero y tenemos la condición

Tenga en cuenta que esta condición es independiente de la frecuencia, y para una masa dada M establece un radio crítico llamado radio de Schwarzschild en el que los fotones no pueden escapar de la masa M. Esto no es una derivación del radio de Schwarzschild, que proviene de la métrica de Schwarzschild , pero muestra la correlación con el desplazamiento al rojo gravitacional.

Históricamente es interesante que la expresión del radio de Schwarzschild es coincidentemente igual a la expresión de la velocidad de escape gravitacional para la velocidad v=c.


Radio de Schwarzschild
 Índice

Ideas de la Relatividad General
 
HyperPhysics*****RelatividadM Olmo R Nave
 Atrás