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´ısica peculiar 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 necesariopara 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 dela 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

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

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3
4
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5
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9
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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 laf´
o
ısica 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 cuantas ideas 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 agujerosnegros existen en nuestra galaxia? . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Presente y futuro de la f´
ısica de agujeros negros
3.1 Introducci´n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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3.2 Chandra: el gran observador de rayos X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Podemos saber si un agujero negro est´ rotando? Chandra si. . . . ....