INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA 437 ¿ Qué es lo que queda de la * tras la explosión de SN ? 3.6 ESTRELLAS NEUTRÓNICAS Y HOYOS NEGROS SN I: se cree que la “detonación de C” no deja restos de la * C” no deja restos de la *  todo núcleo fue “hecho pedazos”  todo núcleo fue “hecho pedazos” SN II: tras rebotar el núcleo de neutrones, onda de choque neutrones, onda de choque sale de su periferia sale de su periferia  no rompe al núcleo  queda una ESTRELLA NEUTRÓNICA (NS) ESTRELLA NEUTRÓNICA (NS) ∅  20 km : comparable ∅  20 km : comparable con asteroide o ciudad terrestre con asteroide o ciudad terrestre M > M   ρ ≈ – m -3 ≳ 10 8 ρ WD M > M   ρ ≈ – m -3 ≳ 10 8 ρ WD (1 cm 3 “pesa” ton en Tierra (1 cm 3 “pesa” ton en Tierra ≙ toda la humanidad ) ≙ toda la humanidad ) 20 km Nueva York y una NS a escala...

438INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - Propuestas por W. Baade & F. Zwicky en 1934; sin esperanza de “ver”los… demasiado frios y debiles; “ver”los… demasiado frios y debiles; Oppenheimer & Volkoff 1939: predicen M, R y densidad; Oppenheimer & Volkoff 1939: predicen M, R y densidad; (comprobados sólo en 1967 como púlsares) (comprobados sólo en 1967 como púlsares) - tiene superficie sólida  ¿ se puede parar en ella ? NO: gravedad aplastaría un humano (  70 kg) a NO: gravedad aplastaría un humano (  70 kg) a una película de ≪ 1 mm una película de ≪ 1 mm - conservación del momento angular de * *  NS tienen rotación rápida (períodos < 1 s)  NS tienen rotación rápida (períodos < 1 s) - Tienen campos magnéticos muy fuertes (por “congelación”) del campo magnético con el plasma colapsado) del campo magnético con el plasma colapsado) B NS  G ~ 10 6 – 10 8 T; B NS  G ~ 10 6 – 10 8 T; eje de B suele tener inclinación con eje de rotación eje de B suele tener inclinación con eje de rotación  pérdida de energía  rotación disminuye (en ≳ 10 6 a)  pérdida de energía  rotación disminuye (en ≳ 10 6 a) mientras tanto: campo magn. y rotación permiten mientras tanto: campo magn. y rotación permiten su detección como… su detección como…

439INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA PULSARES PULSARES descubiertos en 1967 (Jocelyn Bell), estudiante de Anthony Hewish (Cambridge, UK): encuentra radiofuentes con pulsos rápidos y muy periódicos: destello de  0.01 s cada s ; descubiertos en 1967 (Jocelyn Bell), estudiante de Anthony Hewish (Cambridge, UK): encuentra radiofuentes con pulsos rápidos y muy periódicos: destello de  0.01 s cada s ; tan periódicos que inicialmente se pensó en señales inteligentes (“LGM…” = little green men); hoy: PSR = Pulsating Source of Radio tan periódicos que inicialmente se pensó en señales inteligentes (“LGM…” = little green men); hoy: PSR = Pulsating Source of Radio Febr. 1968: Hewish y otros publican interpretación CORRECTA 2005: se conocen >1500 pulsares en nuestra galaxia, - duración de pulsos: unos milisegundos hasta ~ 1 segundo - duración de pulsos: unos milisegundos hasta ~ 1 segundo - períodos a veces extremamente estables:  P/P ≲ períodos a veces extremamente estables:  P/P ≲  ¡ más precisos que los mejores relojes atómicos !  ¡ más precisos que los mejores relojes atómicos ! PSR descub. 28 Nov. 1967

440INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - explicación del fenómeno (premio Nóbel 1974 para Hewish) - explicación del fenómeno (premio Nóbel 1974 para Hewish) estrella neutrónica en rápida rotación: 2 “manchas calientes” estrella neutrónica en rápida rotación: 2 “manchas calientes” en los polos magnéticos de la NS; partículas cargadas (p +, e - ) en los polos magnéticos de la NS; partículas cargadas (p +, e - ) giran en campo magnético con velocidad relativista giran en campo magnético con velocidad relativista  emite radiación sincrotónica (ondas de radio)  emite radiación sincrotónica (ondas de radio) en dos conos (“haces”) delgados a lo largo del eje magnético en dos conos (“haces”) delgados a lo largo del eje magnético - si uno de los conos barre la - si uno de los conos barre la Tierra  vemos un “pulso” Tierra  vemos un “pulso”  período de los pulsos =  período de los pulsos = período de rotación de la NS período de rotación de la NS (“modelo del faro”) (“modelo del faro”) - en su mayoría pulsos - en su mayoría pulsos detectados en radio, pero a detectados en radio, pero a veces también en óptico y/o veces también en óptico y/o rayos X (siempre con mismo rayos X (siempre con mismo período) período)

441INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA TODOS los pulsares son NS, pero No TODOS los NS son pulsares… porque (a) NS con ≫ 10 6 a perdieron rotación rápida y campo (a) NS con ≫ 10 6 a perdieron rotación rápida y campo magn. fuerte magn. fuerte (b) no todos los pulsares barren la Tierra sus haces (b) no todos los pulsares barren la Tierra sus haces ( ∅  pocos a) no se detectan (aunque son pulsares) ( ∅  pocos a) no se detectan (aunque son pulsares) Observaciones son consistentes con: - todas * * de alta masa sufren supernova (SN II)  SN - todas NS (jóvenes) emiten haces de radiación Algunos pulsares están definitivamente asociados con remanentes de SN (SNR), p, e. neb. de Cangrejo y SNR de Vela. Mecanismos de radiación altamente complejos:  campo B girando causa campo E por inducción  aceleración de partículas  aceleración de partículas

442INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Pulsos ópticos, descub. en Enero 1969 variaciones por ondas de choque con vel. ~ 0.5 c HST pulsos en rayos X: La nebulosa del Cangrejo (Crab nebula) Observ. X “Chandra” disco de acreción arcos de longitud ~años luz

443INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Con los primeros telescopios de rayos X (orbitales,  1970)  “X-ray bursters” (estallidos de  “X-ray bursters” (estallidos de rayos-X) cerca del centro galáctico rayos-X) cerca del centro galáctico y de centros de cúmulos globulares y de centros de cúmulos globulares - miles de L , durante segundos - miles de L , durante segundos - Origen: binaria con NS y * de sec. - Origen: binaria con NS y * de sec. ppal. o gigante (similar a nova, ppal. o gigante (similar a nova, pero más violento) pero más violento)  NS “roba” material de compañera  disco de acreción (acresentamiento)  calienta y (al caerse sobre la NS)  calienta y (al caerse sobre la NS) emite rayos X continuamente emite rayos X continuamente Binarias de Estrellas Neutrónicas (NSB) Binarias de Estrellas Neutrónicas (NSB)  gas acumula en superficie de NS  calienta y comprime  gas acumula en superficie de NS  calienta y comprime  fusión violenta de H en capa superficial  fusión violenta de H en capa superficial  estallido de rayos X (pocos seg); se repiten dentro de horas  estallido de rayos X (pocos seg); se repiten dentro de horas

444INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - descubiertos  1967 por satélites militares (de E.U.) satélites militares (de E.U.) para revelar pruebas para revelar pruebas nucleares de otros países. nucleares de otros países. - muy brillantes, irregulares, duración: ≲ 1 s … ≳ 1 min duración: ≲ 1 s … ≳ 1 min - su origen permanecerá desconocido hasta 1997 desconocido hasta 1997 (¡ durante 30 años !) (¡ durante 30 años !) - no se repiten en el mismo lugar (aunque incertidumbre lugar (aunque incertidumbre posicional  1 o - 4 o en el cielo posicional  1 o - 4 o en el cielo  identif. óptica imposible)  identif. óptica imposible) Destellos de Rayos Gamma (GRB = gamma ray bursts ) Destellos de Rayos Gamma (GRB = gamma ray bursts )

445INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - algunos GRBs: localizados dentro de pocos minutos de arco - algunos GRBs: localizados dentro de pocos minutos de arco (triangulación por varios satélites interplanetarios: dist. ~1 UA) (triangulación por varios satélites interplanetarios: dist. ~1 UA)  búsqueda en archivos de placas fotográficas no resulta  búsqueda en archivos de placas fotográficas no resulta en candidatos ópticos en candidatos ópticos - ≲ 1980: más teorías sobre su origen que estallidos observados ! -  “Compton Gamma-Ray Observatory” (CGRO) utiliza detector “BATSE” para detectar >2000 destellos (2-3 por día)  distribución perfectamente isotrópica (2-3 por día)  distribución perfectamente isotrópica  origen en Vía Láctea no es plausible, excepto si vienen de muy cerca ( <espesor galáctico ≈ 40 pc); excepto si vienen de muy cerca ( <espesor galáctico ≈ 40 pc); - cúmulos globulares ⇔ asimetría (descartado) - cúmulos globulares ⇔ asimetría (descartado) - ni hay concentración hacia “supercúmulo local de galaxias” - ni hay concentración hacia “supercúmulo local de galaxias”  origen más probable es “cosmológico”  distancias ≫ 10 Mpc  distancias ≫ 10 Mpc

446INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Adelanto repentino en 1997: detectan el “afterglow” (brillo residual, crepúsculo, ocaso) y “sacar” su espectro crepúsculo, ocaso) y “sacar” su espectro  derivan corrimiento al rojo z=0.695  derivan corrimiento al rojo z=0.695  distancia ≈ pc  distancia ≈ pc HOY: crepúsculo de >100 estallidos observados: < z < 4.6; observados: < z < 4.6; unos pocos asociados con supernovas unos pocos asociados con supernovas GRB galaxia “huesped” Distribución cumulativa de ~50 GRBs con “redshift” z (Natarayan et al. 2005) N(<z) Corrimiento al rojo z

447INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Dos modelos básicos para GRBs (todavía en discusión): Fusión de 2 NS en una binaria: cuando distan menos que Fusión de 2 NS en una binaria: cuando distan menos que unos pocos km  unión es inevitable  explosión violenta unos pocos km  unión es inevitable  explosión violenta  momento angular crea chorros relativistas ?  momento angular crea chorros relativistas ? Hipernova: estrella supermasiva (~ M ⊙ ) colapsa a un BH; Hipernova: estrella supermasiva (~ M ⊙ ) colapsa a un BH; cáscara saliendo se frena e “implode” sobre el BH  disco de acreción cáscara saliendo se frena e “implode” sobre el BH  disco de acreción  chorros relativistas  chorros relativistas

448INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - crepúsculos muestran parpadeo de mseg  radiación original en ∅≲ 300 km ( ≈ c * s)  radiación original en ∅≲ 300 km ( ≈ c * s) Posible origen: binaria con 2 NS  se aproximan por pérdida de energía (pulsar, ondas gravitacionales)  fusiónan eventualmente PROBLEMAS: GRBs tan distantes son extremamente energéticos: extremamente energéticos: E tot ~ E(supernova) liberado dentro de segundos E tot ~ E(supernova) liberado dentro de segundos GRB990123: E tot ( γ ) = J = 1.9 M  c 2 (posible “alivio”: emisión anisotrópica  sólo vemos algunos GRBs que emiten en dirección de la Tierra)

449INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Pulsares de milisegundos (millisecond pulsars, MSP) Pulsares de milisegundos (millisecond pulsars, MSP) - Descubiertos  1985: centenares o miles de rotaciones / seg ; justo por debajo de la velocidad a la que se rompería la NS; justo por debajo de la velocidad a la que se rompería la NS; velocidad superficial en su ecuador ≲ 0.2 c ! velocidad superficial en su ecuador ≲ 0.2 c ! - muchos MSP encontrados en cúmulos globulares: récord actual: 26 en Terzan 5; 22 en 47 Tucanae récord actual: 26 en Terzan 5; 22 en 47 Tucanae - Problema: cúmulos globulares son viejos (  a) sin formación ni SN recientes; sin formación ni SN recientes; - NS pierden su rotación en  10 7 a  no debe haber NSs - NS pierden su rotación en  10 7 a  no debe haber NSs rápidos hoy día rápidos hoy día ?  acelaración de la rotación por acreción de materia de compañera (contribuye al momento angular)

450INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - cálculo teórico: NS puede acelerar al límite de rotura en  10 7 a ¿ Por qué hay pulsares de milisegundos aislados ? - encuentro de la binaria con otras estrellas puede - encuentro de la binaria con otras estrellas puede “expulsar” al pulsar “expulsar” al pulsar - pulsar puede destruir su compañera con su intensa radiación o - pulsar puede destruir su compañera con su intensa radiación o “comersela” (Black Widow pulsar, de “viuda negra”) “comersela” (Black Widow pulsar, de “viuda negra”) - consistente con la observación : - consistente con la observación : más que la mitad de los MSP están en sistemas binarios más que la mitad de los MSP están en sistemas binarios

451INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Planetas alrededor de pulsares tipo MSP Planetas alrededor de pulsares tipo MSP alta frecuencia de rotación  alto número de pulsos observados alta frecuencia de rotación  alto número de pulsos observados  muy buena estadística temporal  muy buena estadística temporal  se detecta cambios de período con P/P ≲  se detecta cambios de período con P/P ≲ : se detecta pulsar con variaciones regulares (P/P ≈ ) 1992: se detecta pulsar con variaciones regulares (P/P ≈ ) con períodos de 67 y 98 días con períodos de 67 y 98 días  efecto Doppler hace disminuir (prolongar) período cuando  efecto Doppler hace disminuir (prolongar) período cuando pulsar retrocede de (avanza hacia) nosotros pulsar retrocede de (avanza hacia) nosotros por estar en órbita con otro cuerpo: planeta ! por estar en órbita con otro cuerpo: planeta ! Se han detectado 3 planetas a 0.2, 0.4 y 0.5 U.A. Se han detectado 3 planetas a 0.2, 0.4 y 0.5 U.A. del pulsar PSR del pulsar PSR  primera evidencia definitiva de cuerpos planetares  primera evidencia definitiva de cuerpos planetares fuera de nuestro sistema solar fuera de nuestro sistema solar..

452INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA ¿ Cómo se forman estos planetas ? - explosión SN II los debe destruir ( ¿ y Tierra cuando muere Sol ?) - explosión SN II los debe destruir ( ¿ y Tierra cuando muere Sol ?)  quizás el pulsar destruyó a su compañera  quizás el pulsar destruyó a su compañera  restos condensan en un disco de acrecentamiento  restos condensan en un disco de acrecentamiento alrededor del pulsar alrededor del pulsar - CURIOSIDAD: - CURIOSIDAD: planetas alrededor de * * de sec. ppal. hasta ahora detectados planetas alrededor de * * de sec. ppal. hasta ahora detectados tienen M ≫ M Tierra tienen M ≫ M Tierra y planetas con M ≈ M Tierra sólo alrededor de * * muertas (NS) y planetas con M ≈ M Tierra sólo alrededor de * * muertas (NS) ¡ se cree que esto es por limitación observacional ! ¡ se cree que esto es por limitación observacional ! (períodos de pulsares más precisos que espectros ópticos (períodos de pulsares más precisos que espectros ópticos de ** con planetas) de ** con planetas)

453INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA HOYOS NEGROS (black holes, BH) HOYOS NEGROS (black holes, BH) - Una * neutrónica con M NS ≳ 3 M  no resiste presión gravitacional  colapsa indefinidamente  “hoyo negro”  colapsa indefinidamente  “hoyo negro” - M NS depende de cuanto de la * original fue expulsado en la SN II - Hay acuerdo en que : todas * * con M * > 25 M   M NS > 3 M   BH todas * * con M * > 25 M   M NS > 3 M   BH - colapso implica atracción gravitacional tan fuerte que ningún fotón (de ninguna frecuencia) puede escapar (de ninguna frecuencia) puede escapar - descripción del ambiente de BHs requiere la teoría de la relatividad general (Newton fracasa) relatividad general (Newton fracasa) John Michell (1783): analogía newtoniana para Sol (v esc =618 km/s) John Michell (1783): analogía newtoniana para Sol (v esc =618 km/s) cuerpo con ρ Sol y R=500 R   v escape = c  luz no puede cuerpo con ρ Sol y R=500 R   v escape = c  luz no puede escapar escapar “HOYO NEGRO” ⇔ luz (información) no escapa, pero … “HOYO NEGRO” ⇔ luz (información) no escapa, pero …... ¡ se siente la gravedad en su ambiente !... ¡ se siente la gravedad en su ambiente !

454INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Analogía newtoniana para Tierra (v escape = 11 km/s) v escape  R -1/2 = 1 /√R v escape  R -1/2 = 1 /√R para v esc ≈ c  R Tierra  1 cm para v esc ≈ c  R Tierra  1 cm El horizonte de eventos (EH = event horizon): = esfera de un radio dentro del cual no escapa la luz: = radio de Schwarzschild R S R S (Tierra) = 1 cm; R S (Júp.) = 3 m; R S (Sol) = 3 km; R S (M * ) = 2 G M * /c 2 ≃ (M/M  ) 3 km ⇔ v esc = √GM/R = c (Newton correcto de casualidad !) para NS con M NS = 1.4 M   R NS = 10 km; R S = 4.2 km si aumenta M NS (por acreción)  R S aumenta, pero R NS disminuye (por presión gravitacional)  encima de  3 M  : R NS ≤ R S estrella “desaparece” dentro de su horizonte de eventos

455INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA HOYOS NEGROS y el Espacio Curvo HOYOS NEGROS y el Espacio Curvo - Relatividad General: materia “distorciona” (curva) el espacio alrededor suya; el espacio alrededor suya; - Newton: planetas siguen elipses por la aceleración gravitacional - Newton: planetas siguen elipses por la aceleración gravitacional - Einstein: cualquier masa (p.e, planetas) y radiación (fotones) - Einstein: cualquier masa (p.e, planetas) y radiación (fotones) siguen caminos “geodésicos” = líneas más cortas en espacio curvo siguen caminos “geodésicos” = líneas más cortas en espacio curvo p.e. en una esfera: círculos mayores (p.e. meridianos), p.e. en una esfera: círculos mayores (p.e. meridianos), pero NO los loxodromes, o los círculos de latitud) pero NO los loxodromes, o los círculos de latitud) curvatura es proporcional a la masa  en el horizonte de eventos curvatura es proporcional a la masa  en el horizonte de eventos el espacio se dobla “sobre sí mismo” el espacio se dobla “sobre sí mismo”  objetos quedan atrapados  objetos quedan atrapados

456INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Analogía bidimensional: Mesa de billar hecha por red de ligas Analogía bidimensional: Mesa de billar hecha por red de ligas  se doblan proporcional a la masa puesta encima  se doblan proporcional a la masa puesta encima  para apuntar bien, hay que incluir el hay que incluir el efecto de distorsión ! efecto de distorsión !

457INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA - la red se tuerce con mayor número de gente (por camino más largo) (por camino más largo) - “bolas de información” (fotones) llegan con menor frecuencia - a cierto punto la gente queda atrapada: las bolas sólo pueden entrar pero no salir las bolas sólo pueden entrar pero no salir Analogía 2: reunión de gente sobre una red de ligas:

458INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Viajes espaciales alrededor de Hoyos Negros Viajes espaciales alrededor de Hoyos Negros - órbitas alrededor de BHs casi normales para radios orbitales ≫ R S ; para r orb ≳ R S son diferentes (p.e. precesión del perihelio de Mercurio) - materia cerca de R S sufre extremas tensiones de marea: F grav mucho mayor en lado interior que en el lado exterior  “fricción de marea”  calentamiento de la materia cayéndose (disco de acreción)  radiación (p.e. de curvatura), mecanismos complejos;  radiación (p.e. de curvatura), mecanismos complejos; - para M BH  3 M  máximo de radiación en rayos X - para M BH  3 M  máximo de radiación en rayos X  BH mismo = pozo de radiación; su vecindad = fuente de radiación imagen poco realista... ¿por qué ?

459INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Viaje al horizonte de evento (EH) Viaje al horizonte de evento (EH) - robot desciende en una órbita espiral - lleva reloj preciso y emite luz de color (ν) fijo - visto de lejos: luz “enrojece” con descenso, por “corrimiento al rojo gravitacional”; por “corrimiento al rojo gravitacional”; 1 a confirmación en Tierra: Pound & Rebka 1 a confirmación en Tierra: Pound & Rebka 1959 vía efecto Mö β bauer (1956, pr. Nobel ‘61) 1959 vía efecto Mö β bauer (1956, pr. Nobel ‘61) en torre de 22.5m, usando línea gamma en torre de 22.5m, usando línea gamma extremamente delgada: miden ∆ ν/ν ~ extremamente delgada: miden ∆ ν/ν ~  fotones pierden energía (hν) pero siguen con veloc. = c  fotones pierden energía (hν) pero siguen con veloc. = c  ν decrece, λ aumenta  ν decrece, λ aumenta  color de luz enrojece  color de luz enrojece mucho al alejarse del BH mucho al alejarse del BH z grav ≈ GM/c 2 r z grav ≈ GM/c 2 r donde z = (λ obs −λ em )/λ em donde z = (λ obs −λ em )/λ em = ”gravitational redshift” = ”gravitational redshift” Para M BH  1 M  ; R S = 3 km; rayos de luz emitidos radialmente: r = 10 km  100 km  km visible IR radio rayos X UV visible

460INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA luz de r = 3 km (EH): luz de r = 3 km (EH): λ  ∞ (“no sale”) λ  ∞ (“no sale”) - los tics del reloj llegan con período cada vez mayor período cada vez mayor  dilatación del tiempo en  dilatación del tiempo en campos grav. muy fuertes; campos grav. muy fuertes; a r = 3 km (EH) el reloj “para” a r = 3 km (EH) el reloj “para” (visto de lejos); consistente (visto de lejos); consistente con el corrimiento al rojo con el corrimiento al rojo gravitacional: crestas de la gravitacional: crestas de la radiación electromagnética radiación electromagnética ≙ “tics” de un reloj ≙ “tics” de un reloj ¡ En el marco del robot (“rest frame”) ni reloj ni color de luz cambian ! (sólo las fuerzas de marea lo destrozan …) (sólo las fuerzas de marea lo destrozan …)

461INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA PRUEBAS DE LA TEORÍA DE RELATIVIDAD GENERAL (GRT) PRUEBAS DE LA TEORÍA DE RELATIVIDAD GENERAL (GRT) Teoría especial de la relatividad (SRT, 1905) es la más precisamente probada de la historia de la ciencia (fácil en el laboratorio) GRT (1915) más difícil probar  requiere situaciones extremas del Universo: campos grav. muy fuertes y v ≲ c NO hay pruebas de la GRT en límite de campos fuertes, pero muchos para “campos débiles” (p.e. pulsar binario) pero muchos para “campos débiles” (p.e. pulsar binario) A) Deflexión de luz cerca de masas grandes; aquí: rayo de luz “rozando” superficie del Sol (ángula decrece con mayor distancia o “parámetro de impacto”): A) Deflexión de luz cerca de masas grandes; aquí: rayo de luz “rozando” superficie del Sol (ángula decrece con mayor distancia o “parámetro de impacto”): Einstein: θ = 1.75“ Newton: θ = 0.8"

462INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Problema: estrellas alrededor del Sol son visibles sólo durante eclipse solar; predicción de Einstein  1915: 1 a Guerra Mundial 29 May 1919: eclipse total solar: equipo británico viaja a Brasil e Isla Príncipe (frente Guinea ecuatorial, Africa)  fotos confirman valor predicho por GTR  Einstein se vuelve célebre 29 May 1919: eclipse total solar: equipo británico viaja a Brasil e Isla Príncipe (frente Guinea ecuatorial, Africa)  fotos confirman valor predicho por GTR  Einstein se vuelve célebre B) Precesión del perihelio de B) Precesión del perihelio de Mercurio Mercurio GRT predice qué las órbitas de planetas no son elipses cerradas, pero su perihelio (y aphelio) avanzan en sentido orbital; efecto mayor más cerca de masas grandes (como el Sol): GRT predice qué las órbitas de planetas no son elipses cerradas, pero su perihelio (y aphelio) avanzan en sentido orbital; efecto mayor más cerca de masas grandes (como el Sol): 43" por siglo para Mercurio 43" por siglo para Mercurio (medido bien antes de Einstein) (medido bien antes de Einstein)

463INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Pruebas actuales para la GRT (ver p.e. Sky & Telescope, Julio 2005): - APOLLO : monitoreo preciso de distancia Luna-Tierra con - APOLLO : monitoreo preciso de distancia Luna-Tierra con reflectores en la Luna  probar principio de equivalencia entre reflectores en la Luna  probar principio de equivalencia entre masa intercial y gravitacional masa intercial y gravitacional - GRAVITY PROBE B : probar efecto geodético y “frame dragging” - GRAVITY PROBE B : probar efecto geodético y “frame dragging” - Pulsar binario PSR J : reduce su semi-eje mayor por - Pulsar binario PSR J : reduce su semi-eje mayor por 7mm/día; precesión del periastron por 360 o cada 21.3 años 7mm/día; precesión del periastron por 360 o cada 21.3 años  ondas gravitacionales?  ondas gravitacionales? “Shapiro delay”: desviación de la radiación del pulsar A cuando “Shapiro delay”: desviación de la radiación del pulsar A cuando está atrás de B causa retrazo de los pulsos está atrás de B causa retrazo de los pulsos - Sombras de Hoyos Negros: desviación de la luz por gravedad del - Sombras de Hoyos Negros: desviación de la luz por gravedad del BH  luz de ** atrás del BH no nos llega  sombra? BH  luz de ** atrás del BH no nos llega  sombra? Observaciones con radiointerferometría global a λ < 1.5 mm Observaciones con radiointerferometría global a λ < 1.5 mm del BH en el centro Galáctico y en la galaxia M87 del BH en el centro Galáctico y en la galaxia M87

464INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA ¿ Qué hay adentro del hoyo negro ?  ¡ No sabemos ni podemos saber !  ¡ No sabemos ni podemos saber ! GRT predice colapso gravitacional hacia un punto (singularidad) pero: “singularidad” suele indicar sólo un límite de una teoría; la física actual no alcanza a describir momentos finales del colapso  requiere fusión de GRT con mecánica cuántica (“quantum gravity”: Einstein la busca en vano por 30 años…) (“quantum gravity”: Einstein la busca en vano por 30 años…)

465INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA Evidencias observacionales para hoyos negros Evidencias observacionales para hoyos negros - Hoyos negros en Binarias: (A) Fuente rayos X “Cyg X-1” (descubierta por satélite UHURU, 1972): * visible = supergigante tipo B con M  25 M  ; espectroscopía indica período de 5.6 días y espectroscopía indica período de 5.6 días y velocidad orbital de modo que M A+B ≈ 35 M  velocidad orbital de modo que M A+B ≈ 35 M   compañera tiene  10 M  ; emisión rayos X indica T ≫ 10 6 K  compañera tiene  10 M  ; emisión rayos X indica T ≫ 10 6 K y muestra variaciones en miliseg.  ∅ < 300 km  BH? y muestra variaciones en miliseg.  ∅ < 300 km  BH? óptico imagen rayos X:

466INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA (B) LMC X-3: 3 a fuente de rayos X descubierta en Nube Grande de Magallanes; compañera visible está distorcionada en forma de elipsoide (“huevo”) por objeto compacto de  10 M   BH? - Hoyo negro “supermasivo” en el centro de (nuestra) galaxia(s) : dispersión de velocidades de estrellas y variabilidad rápida de dispersión de velocidades de estrellas y variabilidad rápida de rayos X en núcleos de galaxias  M BH = 10 6 ( VL ) M ( M87 ) rayos X en núcleos de galaxias  M BH = 10 6 ( VL ) M ( M87 ) Vía Láctea: Schödel et al 2002 (Nature 419, 694) reportan 10 años de astrometría de * más cercana al candidato del BH (Sagitario A*): período de 15.2 a con pericentro de 17 horas luz  requiere masa central de (3.7 ± 1.5) 10 6 M  : no puede ser otra cosa que BH ! Vía Láctea: Schödel et al 2002 (Nature 419, 694) reportan 10 años de astrometría de * más cercana al candidato del BH (Sagitario A*): período de 15.2 a con pericentro de 17 horas luz  requiere masa central de (3.7 ± 1.5) 10 6 M  : no puede ser otra cosa que BH !

467INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA ¿ Cómo distinguir entre * neutrónica (NS) y hoyo negro (BH) ? * neutrónica (NS) * neutrónica (NS) -- M < 3 M  -- M < 3 M  -- campo B fuerte -- campo B fuerte -- pulsos de rayos-X y -- pulsos de rayos-X y en radio regulares en radio regulares Hoyo negro (BH) Hoyo negro (BH) -- M > 3 M  -- M > 3 M  -- no tiene campo B -- no tiene campo B -- variaciones irregulares -- variaciones irregulares de radiación X de radiación X BHs sólo tienen 3 parámetros: masa, momento angular y carga eléctrica masa, momento angular y carga eléctrica (teorema “no hair”, BH “no tienen cabello”) (teorema “no hair”, BH “no tienen cabello”) momento angular máximo L max = GM 2 /c momento angular máximo L max = GM 2 /c  L max (1 M  ) ≈ 18% del momento angular del Sol  L max (1 M  ) ≈ 18% del momento angular del Sol  mayoría de BHs estarán cerca de L max  mayoría de BHs estarán cerca de L max BH con rotación: horizonte de eventos = elipsoide rotacional horizonte de eventos = elipsoide rotacional ergósfera = toroide exterior al horizonte de eventos ergósfera = toroide exterior al horizonte de eventos (zona que requeriría v > c) (zona que requeriría v > c)

468INTRODUCCION A LA ASTRONOMÍA BH no tienen campo magnético, pero… radiación de Hawking  BHs evaporan? radiación de Hawking  BHs evaporan? … y muchas especulaciones mas … … y muchas especulaciones mas … -- singularidad permite transferencia de materia a -- singularidad permite transferencia de materia a “otros universos” (viola conservación de energía) “otros universos” (viola conservación de energía) -- “mini black holes” (M < 1 g) volando en todos lados …? -- “mini black holes” (M < 1 g) volando en todos lados …? -- viajes en el tiempo ? (viola causalidad) -- viajes en el tiempo ? (viola causalidad)