Agujeros negros

AGUJEROS NEGROS: FISURAS DEL ESPACIO TIEMPO
˜ JAVIER RUBIO PENA

Abstract En este trabajo analizar´ uno de los objetos que desde su descubrimiento ha estimulado la e imaginaci´n de miles de personas: los agujeros negros. Me centrar´ en concreto en los agujeros o e negros de origen estelar, describiendo su historia y origen, su relaci´n directa con la Relatividad o General, su f´ ısicapeculiar y las evidencias observacionales de las que disponemos hasta la fecha. En el aspecto te´rico el texto no pretende ser un curso de Relatividad General y por o este m´tivo evitar´ en la medida de lo posible los farragosos c´lculos tensoriales asociados a la o e a misma, centr´ndome casi exclusivamente en la f´ a ısica y utilizando solamente aquel formalismo matem´tico necesario para llegar a ella.En el aspecto observacional el texto intenta dar una a visi´n global de los diferentes m´todos que se utilizan en la actualidad para identificar agujeros o e negros, as´ como de los m´todos que quiz´ pudieran utilizarse en un futuro, como es el caso de ı e a las ondas gravitacionales.

Contents
1 Introducci´n y fundamentos te´ricos o o 1.1 Una breve historia de la f´ ısica de agujeros negros .. . . . . . . . . . . 1.2 Cuando se transforma una estrella en un agujero negro? . . . . . . . . 1.2.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 1.2.2 Enanas blancas y el l´ ımite de Chandraseckhar . . . . . . . . . . 1.2.3 Estrellas de neutrones y el l´ ımite de Oppenheimer-Volkoff . . . 1.3 Las ecuaciones de Einstein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4 La m´trica de Schwarzschild y la formaci´n de un agujero negro por e o gravitacional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 Los “calvicie” de los agujeros negros y la m´trica m´s general posible. e a 3 3 4 4 5 6 8 9 11 13 13 14 15 16 16 17 18 19 19 20 21 21 22 22 22 23 25 27 27 27 27 28

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . colapso . . . .. . . . . .

2 Astrof´ ısica de agujeros negros: viendo lo que no se puede ver 2.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.2 Los l´bulos de Roche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.3 Rayos X y rayos γ procedentes de agujeros negros acretantes . . . . . . . . . . 2.4 Un m´delo sencillo para entender la f´ oısica de los discos de acreci´n: el disco o delgado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Luminosidad de un disco de acreci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.4.2 Estructura vertical de disco de acreci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.4.3 Viscosidad y discos-α . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Unas cuantasideas de modelos alternativos de discos de acreci´n . . . . . . . . o 2.5.1 Limitaciones del disco delgado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2 Modelos de discos de acreci´n calientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.6 Claves para la observaci´n de agujeros negros en sistemas binarios. . . . . . . . o 2.6.1 Estados de emisi´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . o 2.6.2 Agujeros negros frente a estrellas de neutrones. . . . . . . . . . . . . . 2.7 Determinaci´n de la masa de un objeto compacto en un sistema binario . . . . o 2.7.1 La funci´n de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 2.7.2 Una aplicaci´n sencilla: es Cygnus X-1 realmente un agujero negro? . . o 2.8 Cuantos agujeros negros existen en nuestra galaxia?. . . . . . . . . . . . . . . 3 Presente y futuro de la f´ ısica de agujeros negros 3.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o 3.2 Chandra: el gran observador de rayos X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Podemos saber si un agujero negro est´ rotando? Chandra si. . . . . . a 3.2.2 Existe alguna evidencia nueva de la existencia...