UNIVERS: Forats negres

Un forat negre és una concentració de matèria d'altíssima densitat, tal que la seva força gravitatòria és tan elevada que la velocitat d'alliberament és superior a la velocitat de la llum. Per tant, res que es trobi dins del seu horitzó d'esdeveniments pot escapar-se'n, excepte per mitjà de l'efecte túnel quàntic.

Efecte túnel quàntic: És un efecte de la mecànica quàntica que permet transicions a través d'un nivell d'energia prohibit per la mecànica clàssica i és l'única manera de poder escapar d'un forat negre i el seu gran camp gravitatòri.

Història dels forats negres:

La idea dels forats negres sorgeix de la unificació de la teoria de la gravetat i de la teoria corpuscular de la llum, les dues ideades per Newton. Al segle XVIII es volia descobrir els misteris de les estrelles, ja es coneixia que les estrelles no reflectien la llum sinó que brillaven per elles mateixes a l'igual que el Sol. Coneixien també que es trobaven molt lluny les unes de les altres i del nostre sol. Mesurar aquestes distàncies era un dels objectius de John Michell.

John Michell (1724-1793) estudi a la Universitat de Cambridge i va ser un físic teòric i un gran experimentador, en astronomia, òptica, magnetisme, gravitació i geologia. Va ser el primer en idear un experiment per mesurar la constant de la gravitació universal a partir d'una balança de torsió que va inventar el 1783. Posteriorment, l'any 1798, Henry Cavendish va perfeccionar la balança de torsió i va tornar a realitzar l'experiment, que ha passat a denominar-se; experiment Cavendish, mesurant la constant de la gravitació universal i podent calculant la massa i densitat de la Terra.

Explicació detallada de l'experiment Cavendish

El terme "forat negre" va ser encunyat pel físic teòric americà John Wheeler (1911-2008). El cèlebre astrofísic Stephen Hawking va popularitzar el nom, amb la publicació de el llibre titulat "Forats negres i la història de el temps". En aquesta obra, Hawking explica que quan l'energia interna d'una estrella gegant s'extingeix totalment, l'enorme massa de l'estrella queda sotmesa a la seva pròpia força de gravetat, que s'exerceix sense contrapès sobre si mateixa.

Aquesta enorme força gravitatòria fa que la massa estel·lar es concentri en un petit volum. D'aquesta manera, l'estrella gegant vermella es converteix en una estrella nana blanca.

Aquest procés d'auto-atracció gravitacional dóna origen a un cos tan dens i que posseeix una força de gravetat tan gegantina, que ni tan sols la llum té una velocitat d'escapament suficient com per sortir d'aquest cos. Aquest cos és, per tant, invisible des de l'exterior.

Explicació detallada de que és un forat negre

Tipus:

-Segons l'origen:

-Forats negres primordials: creats d'hora en la història de l'univers, amb masses variades. Cap no ha estat mai observat.

-Forats negres supermassius: Amb masses de diversos milions de masses solars. Solen estar situats al centre de les galàxies.

-Forats negres de massa intermèdia: tenen una massa d'uns quants milers de masses solars. Poden ser una possible font de raigs X de gran intensitat.

-Forats negres de massa solar: aquests es formen quan un estel de massa 3 vegades major que la del Sol esclata tot esdevenint una supernova: aleshores, el nucli es concentra en un volum molt petit que cada vegada es va reduint més fins a esdevenir un forat negre.

Parts:

-Ergosfera: Aquesta és la regió al voltant d'un forat negre en rotació. En aquesta regió el mateix espai-temps s'arrossega en la direcció de rotació a una velocitat més gran que la velocitat local de la llum en relació amb la resta de l'univers.

-Disc d'acreció: El disc d'acreció és el grup de cercles d'elements gasosos que giren en òrbites al voltant del forat negre, formant un disc que l'envolta. La ISCO és la regió de l'última òrbita circular estable.

La principal font de lluminositat del disc d'acreció és l'energia gravitacional alliberada quan els gasos en el disc baixen en espiral cap a l'horitzó d'esdeveniments.

-ISCO: La ISCO (per les seves sigles en anglès Innermost Stable Circular Orbit) o òrbita marginalment estable, és el cercle de radi més petit fora del qual les partícules lliures poden orbitar establement al voltant d'un forat negre.

-Horitzó d'esdeveniments: L'horitzó d'esdeveniments o ràdio Schwarzschild és l'esfera que envolta la singularitat del forat negre de la qual no pot escapa res, és a dir, és la zona fosca del forat negre.

L'horitzó d'esdeveniments divideix dues àrees que no es poden comunicar entre si, és a dir, és el punt on la velocitat d'escapament és la mateixa que la velocitat de la llum. Actua com una membrana d'un sol sentit, on les partícules i la radiació poden entrar però no poden tornar.

-Jets: Els jets són corrents de matèria estretes, llargues i ràpides que emergeixen de regions molt compactes al voltant del forat negre, generalment en direccions oposades, presumiblement normals al pla del disc d'acreció.

Esquema de les parts d'un forat negre

Vídeo dels tipus i les parts dels fortas negres

Com podem detectar un forat negre?:

A causa de les seves característiques físiques, els forats negres només es poden detectar per la influència que exerceixen en el seu entorn. La majoria de candidats a forat negre formen part de sistemes binaris amb un component invisible (el forat negre) o de nuclis de galàxies o cúmuls globulars. Aquests darrers es detecten per la major velocitat que tenen els estels en les seves proximitats i per les emissions de raigs gamma que s'hi produeixen per la caiguda de matèria cap a l'interior.

Els forats negres provoquen una extrema distorsió en l'espaitemps. Un forat negre és completament invisible, si no hi ha un estel, un planeta o un satèl·lit de massa considerable a prop seu. El forat negre absorbeix tota la matèria que troba al seu entorn: llum, planetes, materials interestel·lar, etc.

Primera imatge d'un forat negre:

La primera imatge d'un forat negre va ser publicada el 10 d'abril del 2019 pel grup multinacional telescopi d'horitzó d'esdeveniments EHT (per les seves sigles en anglès Event Horizon Telescope). Utilitzant 8 ràdi telescopis distribuïts en diferents punts de la Terra van aconseguir formar un telescopi virtual de la mida de la Terra.