REVISTA
JUVENTUD Y CIENCIA SOLIDARIA:
En el camino de la investigación
Agujeros negros
Franz Leonardo Verdugo Ochoa, Alex Enrique Pichazaca Criollo
Mi nombre es Franz Leonardo Ver-
dugo Ochoa, tengo 17 años. Estudio
en el 3 año BGU “E” de la UNIDAD
EDUCATIVA “JOSE PERALTA”. Me
gusta leer, escribir y escuchar música quiero
estudiar PEDAGOGIA DE LAS CIENCIAS
EXPERIMENTALES en la universidad.
Mi nombre es Alex Enrique Pichazaca
Criollo. tengo 17 años. Estudio en el 3 año
BGU “E” de la UNIDAD EDUCATIVA
“JOSE PERALTA”. Me gusta tejer y bailar
quiero estudiar GASTRONOMIA en la
universidad.
Resumen
Durante esta investigación, el objetivo principal fue
comprender el fenómeno de los agujeros negros y sus
ondas gravitatorias. Para lograr esto, se realizó una
revisión exhaustiva de la literatura existente sobre el
tema, incluyendo artículos científicos, libros de divul-
gación y recursos en línea.
Se descubrió que los agujeros negros son objetos ex-
tremadamente densos que se forman cuando una es-
trella masiva se queda sin combustible y colapsa sobre
sí misma, creando una fuerza gravitatoria tan fuerte
que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su atrac-
ción. Además, se encontró que cuando dos agujeros
negros se fusionan, emiten ondas gravitatorias que
pueden ser detectadas y medidas por instrumentos
especializados.
Para entender mejor este fenómeno, se estudiaron
los conceptos matemáticos y físicos subyacentes, in-
cluyendo la relatividad general y la mecánica cuántica.
También se analizaron los datos obtenidos por los de-
tectores de ondas gravitatorias LIGO y VIRGO, que
han registrado varias fusiones de agujeros negros desde
su inicio en 2015.
Los resultados principales de esta investigación mues-
tran que los agujeros negros y sus ondas gravitatorias
son áreas activas de investigación en la astrofísica y
la física teórica, y que se están descubriendo nuevas
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En el camino de la investigación 41
propiedades y efectos de estos objetos fascinantes todo
el tiempo. Además, se evidencia la importancia de la
tecnología y la colaboración internacional en el estudio
de estos fenómenos.
En conclusión, esta investigación proporciona una
visión general de los agujeros negros y sus ondas grav-
itatorias, y demuestra la importancia de continuar
estudiando y descubriendo nuevos conocimientos sobre
estos objetos enigmáticos para nuestra comprensión
del universo.
Palabras clave: los agujeros negros, ondas gravitato-
rias, fusión, estelares
Explicación del tema
¿Qué son los agujeros negros?
Son regiones de intensa fuerza gravitacional provocadas
por el colapso de una estrella u otro objeto astronómico
que tienen una atracción gravitatoria tan fuerte que ni
siquiera la luz puede escapar de su interior. Además,
se cree que tienen un número infinito de sectores que
los científicos no han podido observar todavía [1].
Algunas estudiosos han especulado que los agujeros
negros podrían existir en diferentes dimensiones. A lo
largo de los años, otros científicos han aprendido mu-
cho sobre cómo funcionan estas misteriosas regiones
lo cual constituye uno de los mayores descubrimientos
de la humanidad; sin embargo, todavía existe mucha
especulación e incertidumbre con respecto a su origen
y capacidades destructivas.
Por otra parte, se cree que son el resultado de
fuertes colisiones en el espacio y es imposible escapar
de ellos, es decir, que cualquier cosa con suficiente
masa puede caer en un agujero negro y nunca salir.
Los agujeros negros también emiten corrientes de ra-
diación electromagnética y tienen un poderoso campo
gravitatorio. Por esta razón, para escapar de un agu-
jero negro se requeriría cantidades inimaginables de
energía [2].
Estos agujeros son regiones de gran densidad que
se encuentran en el centro de muchas galaxias y se
forman cuando una estrella se quema y su material
sobrante se compacta en un aumento repentino de
densidad. Este aumento repentino de masa hace que
el área alrededor de la estrella también se distorsione
y forme un horizonte de eventos circundantes. En este
punto, nada puede escapar de la poderosa atracción
gravitatoria del agujero negro. (especificar fuente en
concordancia con la bibliografía)
El nombre "agujero negro" se refiere a la oscuri-
dad dentro de un horizonte de sucesos. Fuera de esta
área hay un campo electromagnético extremadamente
fuerte llamado disco de acreción, el cual está formado
por partículas que golpean la pared de los agujeros
negros y se pegan entre sí. Por otro lado, se presume
que en los agujeros negros se originan nuevas estrellas
debido al hambre insaciable de materia [3].
¿Cuáles son las clases de agujeros negros que
existen?
Existen dos clases de agujeros negros: los agujeros
negros estelares y los agujeros negros súper masivos.
Los primeros se forman a partir del colapso de una
estrella masiva al final de su vida, cuando la presión
interna ya no puede resistir la fuerza de la gravedad.
Tienen una masa de hasta varias decenas de veces la
masa del sol, aunque son mucho más pequeños, con un
diámetro de solo unos pocos kilómetros. Se cree que
son los más comunes en el universo y se encuentran
dispersos por toda la galaxia [1].
Los segundos, por otro lado, se encuentran en los
centros de las galaxias y tienen una masa de millones
o incluso miles de millones de veces la masa del Sol.
Se cree que se forman a partir de la acumulación de
material a lo largo de miles de millones de años, como
resultado de la fusión de galaxias o del crecimiento
constante de la materia alrededor de un agujero negro
preexistente. Los agujeros negros supermasivos son ob-
jetos extremadamente poderosos y son responsables de
algunos de los fenómenos más energéticos del universo,
como los cuásares y los chorros de plasma [2].
¿Qué sucede cuando chocan dos agujeros ne-
gros?
Ocurre lo que se conoce como una fusión de agujeros
negros, que es un evento violento que produce ondas
gravitatorias, las cuales se propagan en todas las di-
recciones a través del espacio-tiempo. Estas ondas son
perturbaciones en el tejido del espacio-tiempo que se
42 Juventud y Ciencia Solidaria.
propagan a la velocidad de la luz y son generadas por
objetos masivos acelerados.
Cuando dos agujeros negros están en órbita el uno
alrededor del otro, pierden energía en forma de ondas
gravitatorias, lo que hace que la órbita se acorte con
el tiempo. Eventualmente, los agujeros negros se acer-
can tanto que comienzan a girar en torno a un punto
común, un proceso conocido como "fusión" [2].
Durante la fusión, los agujeros negros se unen para
formar un único agujero negro más grande, y la ener-
gía que se libera en el proceso es emitida en forma de
ondas gravitatorias. El agujero negro resultante es más
masivo que los dos agujeros originales, y la cantidad
de energía emitida en forma de ondas gravitatorias es
enorme.
La detección de ondas gravitatorias producidas por
la fusión de dos agujeros negros fue uno de los may-
ores logros de la astronomía en los últimos años. Esta
detección confirmó la existencia de ondas gravitatorias
predichas por la teoría de la relatividad general de Ein-
stein, y abrió una nueva ventana al universo invisible
de los objetos masivos en el cosmos [4].
El agujero negro más cercano a la Tierra es el de-
nominado: Gaia BH1. Según el Observatorio, es un
agujero negro pasivo en la constelación de Ofiuco, que
pesa entre 5 y 100 veces la masa del Sol, y aún se
desconoce cómo se formó. Se cree que era un sistema
estelar binario, uno de los cuales se convirtió en su-
pergigante hasta terminar en un agujero negro. Una
pregunta de investigación resultante de este fenómeno
sería: por qué su coprotagonista sobrevivió al evento.
(Contenido relacionado: La mayoría de las estrellas
de nuestra galaxia se clasifican como estrellas de se-
cuencia principal) Una de las hipótesis es que "una
estrella con una masa solar debería estar en una órbita
mucho más densa de lo que realmente se observa". El
descubrimiento de Gaia BH1 muestra lo que los as-
trónomos llaman "brechas" en la formación de agujeros
negros en sistemas estelares binarios [5].
¿Cómo se descubrió Gaia BH1?
NOIRLab señala que el descubrimiento del agujero
negro fue posible gracias a observaciones precisas del
movimiento de la estrella compañera en esta región del
espacio. Es una estrella similar al Sol que orbita un
objeto a una distancia similar del Sol a la Tierra. "La
estrella original que luego se convirtió en un agujero
negro debería haber sido al menos 20 veces más masiva
que nuestro Sol.
Eso significa que solo habría vivido unos pocos
millones de años", dijo NOIRLab en un comunicado.
"Aunque se han observado muchos de estos sistemas,
casi todos estos descubrimientos han sido refutados
desde entonces. En cambio, esta es la primera obser-
vación inequívoca de una estrella similar al Sol en
una órbita amplia alrededor de un agujero negro ma-
sivo en nuestra galaxia", explicó Kareem. . El-Badry,
del Centro de Astrofísica astrofísico en Harvard y el
Smithsonian y el Instituto Max Planck de Astronomía
y autor principal del artículo científico que describe el
descubrimiento.
Pioneros en los estudios de los agujeros negros
John Michell nació el día de Navidad de 1724, casi al
mismo tiempo que murió su compatriota Isaac Newton.
Michell, como Newton, fue un hombre muy religioso,
aunque no parece haber sido muy dogmático. Fue pro-
fesor en la Universidad de Cambridge y durante su
estancia de 13 años allí dio buena muestra del alcance
de su talento, enseñando muchas materias siempre al
más alto nivel (aritmética, teología, geometría, griego
o hebreo) mientras ocupó otros cargos, el personal
administrativo de la institución, y por lo demás logró
obtener dos maestrías separadas en arte y estudios
religiosos.
Este científico decía: “supongamos que las partícu-
las de luz son atraídas de la misma manera que todos
los demás cuerpos con los que estamos familiarizados,
(. . . ) de lo que no puede haber duda razonable siendo
la gravedad, hasta donde sabemos o tenemos razones
para creer, una ley universal de la naturaleza. Bajo
esta suposición, si hubiese cualquier estrella cuya den-
sidad fuese lo bastante grande, (. . . ) toda luz emitida
por ese cuerpo volvería hacia él por causa de su propia
gravedad. (Carta de John Michell a Henry Cavendish,
1783).” Con lo que nos podemos dar cuenta que desde
hace varios siglos pasados se tenia una pequeña idea de
más o menos como es el funcionamiento de los agujeros
negros.
Albert Einstein y Stephen Hawking son dos de
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los físicos más famosos del mundo. Einstein dijo por
primera vez la teoría de la relatividad general, que ex-
plicaba cómo surgen los agujeros negros a otros objetos
en el espacio y el tiempo. De acuerdo con esta teoría,
todo en el universo tiene una velocidad de emisión
constante. Por ejemplo, si un avión sube en un vuelo,
también sus Alas tienen que subir al mismo ritmo.
Toda la información en su movimiento tiene una ve-
locidad constante. La relatividad es la parte de la física
que se ocupa sobre la curvatura del espacio-tiempo,
Stephen Hawking presentó en cambio la teoría del
agujero negro, que apareció otra capa de complejidad
a la teoría de Einstein y explicó cómo los agujeros
negros emiten partículas. Aunque la teoría de Hawking
fue controvertida, se ha demostrado que es correcta y
ahora es parte de la ciencia aceptada.
Aunque Hawking no se ha convertido en un físico
reconocido mundialmente como Einstein, su nombre
sigue estando vinculado a la mejor teoría para explicar
cómo los agujeros negros emanan rayos e incendios
insaciables. Desde que Einstein presentó su teoría para
explicar cómo los agujeros negros emergen a otros
objetos en el espacio y el tiempo, muchas otras per-
sonas han intentado demostrarla con éxito. Es por eso
que Stephen Hawking dijo positivamente sobre esta
demostración tan exactamente modelada cuando era
sólo un niño. Así como Einstein apreció que el espacio
y el tiempo no son absolutos sino relativos, Stephen
Hawking probó que el agujero negro es real y puede
causar daños incontrolables en las matemáticas y las
ciencias físicas.
Aunque miles de lecturas han hecho referencia a
Albert Einstein como un genio que encontró ideas para
explicar el cosmos, Stephen Hawking sigue siendo cono-
cido como el mejor físico del mundo con respecto a los
agujeros negros.
Una propiedad interesante de los agujeros negros
es su masa y su tamaño, los agujeros negros pueden
tener una masa equivalente a la de una pequeña es-
trella o a la de miles de millones de estrellas juntas.
También pueden tener un tamaño que varía desde el
de un átomo hasta el de una galaxia entera.
A medida que se ha investigado más sobre los agu-
jeros negros, los científicos han descubierto que estos
objetos son cruciales para comprender el universo y
cómo funciona. Los agujeros negros pueden tener una
influencia significativa en la forma en que las estrel-
las y las galaxias se forman y evolucionan. También
se cree que los agujeros negros son esenciales para la
comprensión de la física fundamental, incluyendo la
relatividad general y la mecánica cuántica.
En resumen, los agujeros negros son una de las
estructuras más intrigantes del universo. Aunque aún
no se sabe todo sobre ellos, se cree que son importantes
para nuestra comprensión del universo y de la física
fundamental. Los científicos continúan estudiando los
agujeros negros en un esfuerzo por desentrañar sus
misterios y descubrir más sobre cómo funcionan.
Figura 1. Agujero negro imagen real
Fuente: [6]
¿Qué son las ondas gravitatorias?
Las ondas gravitatorias son una predicción de la teoría
general de la relatividad de Albert Einstein, que de-
scriben las perturbaciones en el tejido del espacio-
tiempo causadas por objetos masivos en movimiento.
Estas ondas se propagan a la velocidad de la luz y
transportan energía a través del universo. Aunque las
ondas gravitatorias no se pueden ver directamente, se
pueden detectar mediante interferometría láser.
Los agujeros negros, por su masa y su velocidad en
movimiento, son uno de los objetos más importantes
en la generación de ondas gravitatorias. Estos agu-
jeros negros se originan a partir de estrellas masivas
que agotan todo su combustible y colapsan sobre sí
mismas, generando una gran densidad y una fuerte
curvatura del espacio-tiempo. Esta deformación del
44 Juventud y Ciencia Solidaria.
espacio-tiempo genera ondas gravitatorias que se pro-
pagan a través del universo.
Cuando dos agujeros negros se acercan y finalmente
se fusionan, su curvatura del espacio-tiempo se com-
bina para crear una perturbación aún mayor que se
propaga a través del universo en forma de ondas gravi-
tatorias. Estas ondas son producidas por la aceleración
de las masas durante la colisión y, a medida que se
propagan, se debilitan con la distancia.
La primera detección directa de las ondas gravita-
torias de la fusión de dos agujeros negros fue realizada
por el Observatorio de Ondas Gravitatorias por Inter-
ferometría Láser (LIGO) en 2015. Desde entonces, se
han detectado varias fusiones adicionales de agujeros
negros y otros objetos masivos, incluyendo fusiones de
estrellas de neutrones. Cada detección proporciona in-
formación valiosa sobre la física detrás de estos eventos
y sobre la estructura del universo en general.
En resumen, las ondas gravitatorias son perturba-
ciones en el tejido del espacio-tiempo que se generan
por la aceleración de objetos masivos en movimiento,
como los agujeros negros. La detección de estas ondas
proporciona información valiosa sobre la física del uni-
verso y la estructura de los objetos más masivos del
universo.
Figura 2. Ondas gravitatorias de los agujeros negros
Fuente: [7]
Conclusiones
En conclusión se puede decir que:
1.
Los agujeros negros son uno de los mayores mis-
terios del universo y han fascinado a científi-
cos y aficionados por igual durante décadas. A
medida que aprendemos más sobre estos obje-
tos, seguimos descubriendo sorprendentes y fasci-
nantes características de ellos.
2.
Los agujeros negros son un ejemplo asombroso
de la increíble fuerza de la gravedad y nos recuer-
dan lo pequeño que somos en comparación con
el universo en su conjunto. Son un recordatorio
de que todavía hay mucho que no entendemos
sobre el universo y su funcionamiento.
3.
La observación de ondas gravitatorias emitidas
por la fusión de dos agujeros negros ha sido uno
de los mayores logros de la astrofísica reciente.
Esta observación no solo confirmó una de las
predicciones más importantes de la teoría de la
relatividad de Einstein, sino que también abrió
una nueva ventana al universo, permitiéndonos
ver eventos cósmicos que antes eran invisibles.
4.
A medida que aprendemos más sobre los agujeros
negros, también podemos comenzar a compren-
der mejor cómo se forman, cómo evolucionan
y cómo afectan a su entorno. Esta comprensión
puede tener implicaciones importantes para nues-
tra comprensión de la formación y evolución de
las galaxias, así como para nuestra comprensión
general del universo.
Referencias
[1] K. Thorne, Agujeros negros y tiempo curvo - Kip
S. Thorne | PlanetadeLibros. [En línea]. Disponible
en: https://shorturl.at/vLP26
[2] Forbes Staff, «Agujeros negros: Esto es lo que pasa
cuando se fusionan». https://shorturl.at/novEY
[3] National Geographic, «Agujeros negros: qué son
y cómo encontrarlos», National Geographic, 12 de
noviembre de 2009. https://shorturl.at/firzM
[4] BBC News Mundo, «Comprueban la última
predicción de Albert Einstein sobre ondas gravi-
tacionales», BBC News Mundo, 11 de febrero de
2016. https://shorturl.at/lpxyY
[5] E. J. Rodríguez, «John Michell, el olvidado padre
de los agujeros negros - Jot Down Cultural Maga-
zine», 17 de marzo de 2017. https://rb.gy/00dmw
En el camino de la investigación 45
[6] Wikipedia, «Agujero negro», Wikipedia, la en-
ciclopedia libre. 16 de junio de 2023. Accedido:
23 de junio de 2023. [En línea]. Disponible en:
https://shorturl.at/bBIY9
[7] C. Rus, «El agujero negro más antiguo y dis-
tante jamás descubierto es tan pesado como 1.000
millones de soles», Xataka, 9 de marzo de 2020.
https://shorturl.at/qrJQ7
