Debido al relativamente reciente aumento del interés por la creación de películas de divulgación científica sobre el tema de la exploración espacial, los espectadores modernos han oído hablar mucho de fenómenos como la singularidad o el agujero negro. Sin embargo, las películas obviamente no revelan la naturaleza completa de estos fenómenos y, a veces, incluso distorsionan las teorías científicas construidas para lograr un mayor efecto. Por esta razón, la comprensión que mucha gente moderna tiene de estos fenómenos es completamente superficial o completamente errónea. Una de las soluciones al problema que ha surgido es este artículo, en el que intentaremos comprender los resultados de las investigaciones existentes y responder a la pregunta: ¿qué es un agujero negro?
En 1784, el sacerdote y naturalista inglés John Michell mencionó por primera vez en una carta a la Royal Society cierto cuerpo masivo hipotético que tiene una atracción gravitacional tan fuerte que su segunda velocidad de escape excederá la velocidad de la luz. La segunda velocidad de escape es la velocidad que necesitará un objeto relativamente pequeño para superar la atracción gravitacional de un cuerpo celeste e ir más allá de la órbita cerrada alrededor de este cuerpo. Según sus cálculos, un cuerpo con la densidad del Sol y un radio de 500 radios solares tendrá en su superficie una segunda velocidad cósmica igual a la velocidad de la luz. En este caso, ni siquiera la luz abandonará la superficie de dicho cuerpo y, por lo tanto, este cuerpo solo absorberá la luz entrante y permanecerá invisible para el observador: una especie de mancha negra en el fondo del espacio oscuro.
Sin embargo, el concepto de Michell de cuerpo supermasivo no atrajo mucho interés hasta el trabajo de Einstein. Recordemos que este último definió la velocidad de la luz como la velocidad máxima de transferencia de información. Además, Einstein amplió la teoría de la gravedad a velocidades cercanas a la velocidad de la luz (). Como resultado, ya no era relevante aplicar la teoría newtoniana a los agujeros negros.
La ecuación de Einstein
Como resultado de aplicar la relatividad general a los agujeros negros y resolver las ecuaciones de Einstein, se identificaron los principales parámetros de un agujero negro, de los cuales solo existen tres: masa, carga eléctrica y momento angular. Cabe destacar la importante contribución del astrofísico indio Subramanian Chandrasekhar, quien creó la monografía fundamental: “Teoría matemática de los agujeros negros”.
Así, la solución a las ecuaciones de Einstein se presenta en cuatro opciones para cuatro posibles tipos de agujeros negros:
- BH sin rotación y sin carga – solución Schwarzschild. Una de las primeras descripciones de un agujero negro (1916) utilizando las ecuaciones de Einstein, pero sin tener en cuenta dos de los tres parámetros del cuerpo. La solución del físico alemán Karl Schwarzschild permite calcular el campo gravitacional externo de un cuerpo esférico masivo. La peculiaridad del concepto de agujero negro del científico alemán es la presencia de un horizonte de sucesos y su ocultación detrás de él. Schwarzschild también fue el primero en calcular el radio gravitacional, que recibió su nombre, que determina el radio de la esfera en la que se ubicaría el horizonte de sucesos para un cuerpo con una masa determinada.
- BH sin rotación con carga – solución Reisner-Nordström. La solución propuesta en 1916-1918, teniendo en cuenta la posible carga eléctrica de un agujero negro. Esta carga no puede ser arbitrariamente grande y está limitada debido a la repulsión eléctrica resultante. Esto último debe compensarse mediante la atracción gravitacional.
- BH con rotación y sin carga - solución de Kerr (1963). Un agujero negro de Kerr giratorio se diferencia de uno estático por la presencia de la llamada ergosfera (lea más sobre este y otros componentes de un agujero negro).
- BH con rotación y carga - Solución Kerr-Newman. Esta solución fue calculada en 1965 y actualmente es la más completa, ya que tiene en cuenta los tres parámetros del agujero negro. Sin embargo, todavía se supone que en la naturaleza los agujeros negros tienen una carga insignificante.
Formación de agujeros negros
Existen varias teorías sobre cómo se forma y aparece un agujero negro, la más famosa de las cuales es que surge como resultado del colapso gravitacional de una estrella con suficiente masa. Tal compresión puede poner fin a la evolución de estrellas con una masa de más de tres masas solares. Una vez completadas las reacciones termonucleares dentro de tales estrellas, comienzan a comprimirse rápidamente hasta volverse superdensas. Si la presión del gas de una estrella de neutrones no puede compensar las fuerzas gravitacionales, es decir, la masa de la estrella supera las llamadas. Límite de Oppenheimer-Volkoff, luego el colapso continúa, lo que da como resultado que la materia se comprima en un agujero negro.
El segundo escenario que describe el nacimiento de un agujero negro es la compresión de gas protogaláctico, es decir, gas interestelar en etapa de transformación en una galaxia o algún tipo de cúmulo. Si no hay suficiente presión interna para compensar las mismas fuerzas gravitacionales, puede surgir un agujero negro.
Otros dos escenarios siguen siendo hipotéticos:
- La aparición de un agujero negro como resultado del llamado Agujeros negros primordiales.
- Ocurrencia como resultado de reacciones nucleares que ocurren a altas energías. Un ejemplo de tales reacciones son los experimentos en colisionadores.
Estructura y física de los agujeros negros.
La estructura de un agujero negro según Schwarzschild incluye sólo dos elementos mencionados anteriormente: la singularidad y el horizonte de sucesos del agujero negro. Hablando brevemente de la singularidad, cabe señalar que es imposible trazar una línea recta a través de ella y que la mayoría de las teorías físicas existentes no funcionan dentro de ella. Por tanto, la física de la singularidad sigue siendo un misterio para los científicos de hoy. un agujero negro es un límite determinado, al cruzarlo, un objeto físico pierde la oportunidad de regresar más allá de sus límites y definitivamente "caerá" en la singularidad del agujero negro.
La estructura de un agujero negro se vuelve algo más complicada en el caso de la solución de Kerr, es decir, en presencia de rotación del agujero negro. La solución de Kerr supone que el agujero tiene una ergosfera. La ergosfera es una determinada región ubicada fuera del horizonte de sucesos, dentro de la cual todos los cuerpos se mueven en la dirección de rotación del agujero negro. Esta zona aún no es apasionante y es posible abandonarla, a diferencia del horizonte de sucesos. La ergosfera es probablemente una especie de análogo de un disco de acreción, que representa materia en rotación alrededor de cuerpos masivos. Si un agujero negro estático de Schwarzschild se representa como una esfera negra, entonces el agujero negro de Kerry, debido a la presencia de una ergosfera, tiene la forma de un elipsoide achatado, en cuya forma a menudo veíamos agujeros negros en los dibujos, en la antigüedad. películas o videojuegos.
- ¿Cuánto pesa un agujero negro? – El material más teórico sobre la aparición de un agujero negro está disponible para el escenario de su aparición como resultado del colapso de una estrella. En este caso, la masa máxima de una estrella de neutrones y la masa mínima de un agujero negro están determinadas por el límite de Oppenheimer-Volkoff, según el cual el límite inferior de la masa de un agujero negro es 2,5 - 3 masas solares. El agujero negro más pesado jamás descubierto (en la galaxia NGC 4889) tiene una masa de 21 mil millones de masas solares. Sin embargo, no debemos olvidarnos de los agujeros negros que hipotéticamente surgen como resultado de reacciones nucleares a altas energías, como las que ocurren en los colisionadores. La masa de estos agujeros negros cuánticos, es decir, los “agujeros negros de Planck”, es del orden de magnitud de 2,10−5 g.
- Tamaño del agujero negro. El radio mínimo de un agujero negro se puede calcular a partir de la masa mínima (2,5 – 3 masas solares). Si el radio gravitacional del Sol, es decir, la zona donde se ubicaría el horizonte de sucesos, es de unos 2,95 km, entonces el radio mínimo de un agujero negro de 3 masas solares será de unos nueve kilómetros. Estos tamaños relativamente pequeños son difíciles de comprender cuando hablamos de objetos masivos que atraen todo lo que les rodea. Sin embargo, para los agujeros negros cuánticos el radio es de 10 −35 m.
- La densidad media de un agujero negro depende de dos parámetros: masa y radio. La densidad de un agujero negro con una masa de aproximadamente tres masas solares es de aproximadamente 6 · 10 · 26 kg/m³, mientras que la densidad del agua es de 1000 kg/m³. Sin embargo, los científicos no han encontrado agujeros negros tan pequeños. La mayoría de los agujeros negros detectados tienen masas superiores a 10 5 masas solares. Existe un patrón interesante según el cual cuanto más masivo es un agujero negro, menor es su densidad. En este caso, un cambio de masa de 11 órdenes de magnitud implica un cambio de densidad de 22 órdenes de magnitud. Así, un agujero negro con una masa de 1,10 9 masas solares tiene una densidad de 18,5 kg/m³, uno menos que la densidad del oro. Y los agujeros negros con una masa de más de 10 10 masas solares pueden tener una densidad promedio menor que la del aire. Con base en estos cálculos, es lógico suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación de una gran cantidad de materia en un volumen determinado. En el caso de los agujeros negros cuánticos, su densidad puede ser de unos 10,94 kg/m³.
- La temperatura de un agujero negro también depende inversamente de su masa. Esta temperatura está directamente relacionada con. El espectro de esta radiación coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro, es decir, un cuerpo que absorbe toda la radiación incidente. El espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro depende únicamente de su temperatura, por lo que la temperatura del agujero negro se puede determinar a partir del espectro de radiación de Hawking. Como se mencionó anteriormente, esta radiación es más poderosa cuanto más pequeño es el agujero negro. Al mismo tiempo, la radiación de Hawking sigue siendo hipotética, ya que aún no ha sido observada por los astrónomos. De esto se deduce que si existe radiación de Hawking, entonces la temperatura de los agujeros negros observados es tan baja que no permite detectar esta radiación. Según los cálculos, incluso la temperatura de un agujero con una masa del orden de la masa del Sol es insignificante (1,10 -7 K o -272°C). La temperatura de los agujeros negros cuánticos puede alcanzar unos 10 12 K y, con su rápida evaporación (aproximadamente 1,5 minutos), dichos agujeros negros pueden emitir la energía de unos diez millones de bombas atómicas. Pero, afortunadamente, para crear tales objetos hipotéticos se necesitaría energía entre 10 y 14 veces mayor que la que se logra hoy en el Gran Colisionador de Hadrones. Además, los astrónomos nunca han observado fenómenos similares.
¿En qué consiste un agujero negro?
Otra pregunta preocupa tanto a los científicos como a aquellos que simplemente están interesados en la astrofísica: ¿en qué consiste un agujero negro? No hay una respuesta clara a esta pregunta, ya que no es posible mirar más allá del horizonte de sucesos que rodea a cualquier agujero negro. Además, como se mencionó anteriormente, los modelos teóricos de un agujero negro prevén solo 3 de sus componentes: la ergosfera, el horizonte de sucesos y la singularidad. Es lógico suponer que en la ergosfera sólo se encuentran aquellos objetos que fueron atraídos por el agujero negro y que ahora giran a su alrededor: varios tipos de cuerpos cósmicos y gases cósmicos. El horizonte de sucesos es sólo una delgada frontera implícita, una vez superada la cual los mismos cuerpos cósmicos son irrevocablemente atraídos hacia el último componente principal del agujero negro: la singularidad. La naturaleza de la singularidad no se ha estudiado hoy y es demasiado pronto para hablar de su composición.
Según algunas suposiciones, un agujero negro puede estar formado por neutrones. Si seguimos el escenario de la aparición de un agujero negro como resultado de la compresión de una estrella a una estrella de neutrones con su posterior compresión, entonces probablemente la mayor parte del agujero negro esté formado por neutrones, de los cuales la propia estrella de neutrones es compuesto. En términos simples: cuando una estrella colapsa, sus átomos se comprimen de tal manera que los electrones se combinan con los protones, formando así neutrones. En realidad, una reacción similar ocurre en la naturaleza, y con la formación de un neutrón, se produce la radiación de neutrinos. Sin embargo, estas son sólo suposiciones.
¿Qué pasa si caes en un agujero negro?
Caer en un agujero negro astrofísico hace que el cuerpo se estire. Consideremos un hipotético cosmonauta suicida que se dirige a un agujero negro vistiendo sólo un traje espacial, con los pies por delante. Al cruzar el horizonte de sucesos, el astronauta no notará ningún cambio, a pesar de que ya no tendrá la oportunidad de regresar. En algún momento, el astronauta llegará a un punto (ligeramente detrás del horizonte de sucesos) en el que comenzará a producirse la deformación de su cuerpo. Dado que el campo gravitacional de un agujero negro no es uniforme y está representado por un gradiente de fuerza que aumenta hacia el centro, las piernas del astronauta estarán sujetas a una influencia gravitacional notablemente mayor que, por ejemplo, la cabeza. Luego, debido a la gravedad, o más bien a las fuerzas de marea, las piernas "caerán" más rápido. Así, el cuerpo comienza a alargarse gradualmente en longitud. Para describir este fenómeno, los astrofísicos han ideado un término bastante creativo: espaguetificación. Un mayor estiramiento del cuerpo probablemente lo descompondrá en átomos que, tarde o temprano, alcanzarán una singularidad. Uno sólo puede adivinar cómo se sentirá una persona en esta situación. Vale la pena señalar que el efecto de estirar un cuerpo es inversamente proporcional a la masa del agujero negro. Es decir, si un agujero negro con la masa de tres soles estira o desgarra instantáneamente el cuerpo, entonces el agujero negro supermasivo tendrá fuerzas de marea más bajas y hay sugerencias de que algunos materiales físicos podrían "tolerar" tal deformación sin perder su estructura.
Como saben, el tiempo pasa más lentamente cerca de objetos masivos, lo que significa que para un astronauta suicida el tiempo pasará mucho más lentamente que para los terrícolas. En este caso, tal vez sobreviva no solo a sus amigos, sino también a la Tierra misma. Para determinar cuánto tiempo se ralentizará un astronauta, se necesitarán cálculos, pero de lo anterior se puede suponer que el astronauta caerá muy lentamente en el agujero negro y, tal vez, simplemente no vivirá para ver el momento en que su El cuerpo comienza a deformarse.
Es de destacar que para un observador externo, todos los cuerpos que vuelan hacia el horizonte de sucesos permanecerán en el borde de este horizonte hasta que su imagen desaparezca. La razón de este fenómeno es el corrimiento al rojo gravitacional. Simplificando un poco, podemos decir que la luz que incide sobre el cuerpo de un cosmonauta suicida "congelado" en el horizonte de sucesos cambiará su frecuencia debido a su tiempo más lento. A medida que el tiempo pasa más lentamente, la frecuencia de la luz disminuirá y la longitud de onda aumentará. Como resultado de este fenómeno, en la salida, es decir, para un observador externo, la luz se desplazará gradualmente hacia la baja frecuencia: el rojo. Se producirá un desplazamiento de la luz a lo largo del espectro, a medida que el cosmonauta suicida se aleje cada vez más del observador, aunque de forma casi imperceptible, y su tiempo transcurra cada vez más lentamente. Así, la luz reflejada por su cuerpo pronto irá más allá del espectro visible (la imagen desaparecerá), y en el futuro el cuerpo del astronauta sólo podrá detectarse en la región de la radiación infrarroja, más tarde en la radiofrecuencia, y como resultado la radiación será completamente esquiva.
A pesar de lo anterior, se supone que en los agujeros negros supermasivos muy grandes, las fuerzas de marea no cambian tanto con la distancia y actúan de manera casi uniforme sobre el cuerpo que cae. En este caso, la nave espacial que cae conservaría su estructura. Surge una pregunta razonable: ¿adónde conduce el agujero negro? Esta pregunta puede ser respondida por el trabajo de algunos científicos, que vinculan dos fenómenos como los agujeros de gusano y los agujeros negros.
En 1935, Albert Einstein y Nathan Rosen propusieron una hipótesis sobre la existencia de los llamados agujeros de gusano, que conectan dos puntos del espacio-tiempo a través de lugares de curvatura significativa de este último: un puente o agujero de gusano de Einstein-Rosen. Para una curvatura tan poderosa del espacio se necesitarían cuerpos de masa gigantesca, cuyo papel cumplirían perfectamente los agujeros negros.
El puente Einstein-Rosen se considera un agujero de gusano infranqueable porque es pequeño e inestable.
Un agujero de gusano atravesable es posible en el marco de la teoría de los agujeros blancos y negros. Donde el agujero blanco es la salida de información atrapada en el agujero negro. El agujero blanco se describe en el marco de la relatividad general, pero a día de hoy sigue siendo hipotético y no ha sido descubierto. Los científicos estadounidenses Kip Thorne y su estudiante de posgrado Mike Morris propusieron otro modelo de agujero de gusano, que puede ser transitable. Sin embargo, tanto en el caso del agujero de gusano Morris-Thorne como en el de los agujeros blancos y negros, la posibilidad de viajar requiere la existencia de la llamada materia exótica, que tiene energía negativa y que además sigue siendo hipotética.
Agujeros negros en el universo
La existencia de agujeros negros se confirmó hace relativamente poco tiempo (septiembre de 2015), pero antes ya existía mucho material teórico sobre la naturaleza de los agujeros negros, así como muchos objetos candidatos para el papel de agujero negro. En primer lugar, hay que tener en cuenta el tamaño del agujero negro, ya que de ellos depende la naturaleza misma del fenómeno:
- Agujero negro de masa estelar. Estos objetos se forman como resultado del colapso de una estrella. Como se mencionó anteriormente, la masa mínima de un cuerpo capaz de formar un agujero negro de este tipo es de 2,5 a 3 masas solares.
- Agujeros negros de masa intermedia. Un tipo intermedio condicional de agujero negro que ha crecido debido a la absorción de objetos cercanos, como un grupo de gas, una estrella vecina (en sistemas de dos estrellas) y otros cuerpos cósmicos.
- Agujero negro supermasivo. Objetos compactos con 10 5 -10 10 masas solares. Las propiedades distintivas de estos agujeros negros son su paradójicamente baja densidad, así como las débiles fuerzas de marea, que ya se mencionaron anteriormente. Este es exactamente el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A*), así como de la mayoría de las otras galaxias.
Candidatos al ChD
El agujero negro más cercano, o más bien un candidato para el papel de agujero negro, es un objeto (V616 Monoceros), que se encuentra a una distancia de 3000 años luz del Sol (en nuestra galaxia). Consta de dos componentes: una estrella con una masa de la mitad de la masa del Sol, así como un pequeño cuerpo invisible cuya masa es de 3 a 5 masas solares. Si este objeto resulta ser un pequeño agujero negro de masa estelar, entonces con razón se convertirá en el agujero negro más cercano.
Después de este objeto, el segundo agujero negro más cercano es el objeto Cygnus X-1 (Cyg X-1), que fue el primer candidato para el papel de agujero negro. La distancia hasta él es de aproximadamente 6070 años luz. Bastante bien estudiado: tiene una masa de 14,8 masas solares y un radio de horizonte de sucesos de unos 26 km.
Según algunas fuentes, otro candidato más cercano para el papel de agujero negro podría ser un cuerpo del sistema estelar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), que, según estimaciones de 1999, se encontraba a una distancia de 1.600 años luz. Sin embargo, estudios posteriores han aumentado esta distancia al menos 15 veces.
¿Cuántos agujeros negros hay en nuestra galaxia?
No existe una respuesta exacta a esta pregunta, ya que observarlos es bastante difícil y durante todo el período de estudio del cielo, los científicos pudieron descubrir alrededor de una docena de agujeros negros dentro de la Vía Láctea. Sin caer en cálculos, observamos que hay entre 100 y 400 mil millones de estrellas en nuestra galaxia, y aproximadamente una de cada mil estrellas tiene suficiente masa para formar un agujero negro. Es probable que se hayan formado millones de agujeros negros durante la existencia de la Vía Láctea. Dado que es más fácil detectar agujeros negros de enorme tamaño, es lógico suponer que lo más probable es que la mayoría de los agujeros negros de nuestra galaxia no sean supermasivos. Es de destacar que una investigación de la NASA de 2005 sugiere la presencia de todo un enjambre de agujeros negros (entre 10.000 y 20.000) que giran alrededor del centro de la galaxia. Además, en 2016, los astrofísicos japoneses descubrieron un satélite masivo cerca del objeto *: un agujero negro, el núcleo de la Vía Láctea. Debido al pequeño radio (0,15 años luz) de este cuerpo, así como a su enorme masa (100.000 masas solares), los científicos suponen que este objeto también es un agujero negro supermasivo.
El núcleo de nuestra galaxia, el agujero negro de la Vía Láctea (Sagitario A*, Sgr A* o Sagitario A*) es supermasivo y tiene una masa de 4,31 10 6 masas solares y un radio de 0,00071 años luz (6,25 horas luz . o 6,75 mil millones de kilómetros). La temperatura de Sagitario A*, junto con el cúmulo que lo rodea, es de aproximadamente 1,10 7 K.
El agujero negro más grande
El agujero negro más grande del Universo que los científicos han descubierto es un agujero negro supermasivo, FSRQ blazar, en el centro de la galaxia S5 0014+81, a una distancia de 1,2 10 10 años luz de la Tierra. Según los resultados preliminares de las observaciones realizadas con el observatorio espacial Swift, la masa del agujero negro era de 40 mil millones (40,10 9) masas solares, y el radio de Schwarzschild de dicho agujero era de 118,35 mil millones de kilómetros (0,013 años luz). Además, según los cálculos, surgió hace 12,1 mil millones de años (1,6 mil millones de años después del Big Bang). Si este agujero negro gigante no absorbe la materia que lo rodea, vivirá hasta la era de los agujeros negros, una de las eras del desarrollo del Universo en la que los agujeros negros dominarán en él. Si el núcleo de la galaxia S5 0014+81 sigue creciendo, se convertirá en uno de los últimos agujeros negros que existirán en el Universo.
Los otros dos agujeros negros conocidos, aunque no tienen nombre propio, son de gran importancia para el estudio de los agujeros negros, ya que confirmaron experimentalmente su existencia, y también proporcionaron resultados importantes para el estudio de la gravedad. Estamos hablando del evento GW150914, que es la colisión de dos agujeros negros en uno. Este evento permitió registrarse.
Detección de agujeros negros
Antes de considerar métodos para detectar agujeros negros, deberíamos responder a la pregunta: ¿por qué un agujero negro es negro? – la respuesta a esto no requiere un conocimiento profundo de la astrofísica y la cosmología. El caso es que un agujero negro absorbe toda la radiación que incide sobre él y no emite nada, si no se tiene en cuenta la hipotética. Si consideramos este fenómeno con más detalle, podemos suponer que los procesos que conducen a la liberación de energía en forma de radiación electromagnética no ocurren dentro de los agujeros negros. Entonces, si un agujero negro emite, lo hace en el espectro de Hawking (que coincide con el espectro de un cuerpo absolutamente negro calentado). Sin embargo, como se mencionó anteriormente, esta radiación no se detectó, lo que sugiere que la temperatura de los agujeros negros es completamente baja.
Otra teoría generalmente aceptada dice que la radiación electromagnética no es en absoluto capaz de abandonar el horizonte de sucesos. Lo más probable es que los fotones (partículas de luz) no sean atraídos por objetos masivos, ya que, según la teoría, ellos mismos no tienen masa. Sin embargo, el agujero negro todavía “atrae” fotones de luz a través de la distorsión del espacio-tiempo. Si imaginamos un agujero negro en el espacio como una especie de depresión en la superficie lisa del espacio-tiempo, entonces hay una cierta distancia desde el centro del agujero negro, acercándose a la cual la luz ya no podrá alejarse de él. Es decir, a grandes rasgos, la luz empieza a “caer” en un “agujero” que ni siquiera tiene “fondo”.
Además, si tenemos en cuenta el efecto del corrimiento al rojo gravitacional, es posible que la luz en un agujero negro pierda su frecuencia, desplazándose a lo largo del espectro hacia la región de radiación de onda larga de baja frecuencia hasta perder energía por completo.
Por tanto, un agujero negro es de color negro y, por tanto, difícil de detectar en el espacio.
Métodos de detección
Veamos los métodos que utilizan los astrónomos para detectar un agujero negro:
Además de los métodos mencionados anteriormente, los científicos suelen asociar objetos como los agujeros negros y. Los cuásares son ciertos grupos de cuerpos cósmicos y gas, que se encuentran entre los objetos astronómicos más brillantes del Universo. Dado que tienen una alta intensidad de luminiscencia en tamaños relativamente pequeños, hay motivos para suponer que el centro de estos objetos es un agujero negro supermasivo que atrae la materia circundante. Debido a una atracción gravitacional tan poderosa, la materia atraída se calienta tanto que irradia intensamente. El descubrimiento de este tipo de objetos suele compararse con el descubrimiento de un agujero negro. A veces, los quásares pueden emitir chorros de plasma calentado en dos direcciones: chorros relativistas. Las razones de la aparición de tales chorros no están del todo claras, pero probablemente sean causadas por la interacción de los campos magnéticos del agujero negro y el disco de acreción, y no son emitidas directamente por el agujero negro.
Jet en la galaxia M87 disparado desde el centro del agujero negro
Para resumir lo anterior, uno puede imaginarse, de cerca: se trata de un objeto negro esférico alrededor del cual gira materia muy caliente, formando un disco de acreción luminoso.
Fusiones y colisiones de agujeros negros.
Uno de los fenómenos más interesantes de la astrofísica es la colisión de agujeros negros, que también permite detectar cuerpos astronómicos tan masivos. Estos procesos no sólo interesan a los astrofísicos, ya que dan lugar a fenómenos poco estudiados por los físicos. El ejemplo más sorprendente es el evento mencionado anteriormente llamado GW150914, cuando dos agujeros negros se acercaron tanto que, como resultado de su atracción gravitacional mutua, se fusionaron en uno solo. Una consecuencia importante de esta colisión fue la aparición de ondas gravitacionales.
Según la definición, las ondas gravitacionales son cambios en el campo gravitacional que se propagan de forma ondulatoria desde objetos masivos en movimiento. Cuando dos de estos objetos se acercan, comienzan a girar alrededor de un centro de gravedad común. A medida que se acercan, aumenta su rotación alrededor de su propio eje. Estas oscilaciones alternas del campo gravitacional pueden formar en algún momento una poderosa onda gravitacional que puede extenderse por el espacio durante millones de años luz. Así, a una distancia de 1.300 millones de años luz, dos agujeros negros colisionaron generando una potente onda gravitacional que llegó a la Tierra el 14 de septiembre de 2015 y fue registrada por los detectores LIGO y VIRGO.
¿Cómo mueren los agujeros negros?
Obviamente, para que un agujero negro deje de existir, tendría que perder toda su masa. Sin embargo, según su definición, nada puede salir del agujero negro si ha cruzado su horizonte de sucesos. Se sabe que la posibilidad de emisión de partículas de un agujero negro fue mencionada por primera vez por el físico teórico soviético Vladimir Gribov, en su conversación con otro científico soviético, Yakov Zeldovich. Sostuvo que desde el punto de vista de la mecánica cuántica, un agujero negro es capaz de emitir partículas a través del efecto túnel. Más tarde, utilizando la mecánica cuántica, el físico teórico inglés Stephen Hawking construyó su propia teoría, ligeramente diferente. Puedes leer más sobre este fenómeno. En pocas palabras, en el vacío existen las llamadas partículas virtuales, que constantemente nacen en pares y se aniquilan entre sí, sin interactuar con el mundo exterior. Pero si tales pares aparecen en el horizonte de sucesos de un agujero negro, entonces hipotéticamente una fuerte gravedad es capaz de separarlos, con una partícula cayendo en el agujero negro y la otra alejándose del agujero negro. Y dado que se puede observar una partícula que se aleja del agujero y, por lo tanto, tiene energía positiva, entonces una partícula que cae en un agujero debe tener energía negativa. Así, el agujero negro perderá su energía y se producirá un efecto que se denomina evaporación del agujero negro.
Según los modelos existentes de agujero negro, como se mencionó anteriormente, a medida que su masa disminuye, su radiación se vuelve más intensa. Luego, en la etapa final de la existencia del agujero negro, cuando pueda reducirse al tamaño de un agujero negro cuántico, liberará una enorme cantidad de energía en forma de radiación, que podría ser equivalente a miles o incluso millones de energía atómica. bombas Este evento recuerda algo a la explosión de un agujero negro, como la misma bomba. Según los cálculos, los agujeros negros primordiales podrían haber nacido como resultado del Big Bang, y aquellos con una masa de aproximadamente 10 12 kg se habrían evaporado y explotado en nuestra época. Sea como fuere, los astrónomos nunca han notado tales explosiones.
A pesar del mecanismo propuesto por Hawking para destruir los agujeros negros, las propiedades de la radiación de Hawking provocan una paradoja en el marco de la mecánica cuántica. Si un agujero negro absorbe un determinado cuerpo y luego pierde la masa resultante de la absorción de este cuerpo, entonces, independientemente de la naturaleza del cuerpo, el agujero negro no diferirá de lo que era antes de absorber el cuerpo. En este caso, la información sobre el cuerpo se pierde para siempre. Desde el punto de vista de los cálculos teóricos, la transformación del estado puro inicial en el estado mixto (“térmico”) resultante no se corresponde con la teoría actual de la mecánica cuántica. Esta paradoja a veces se denomina desaparición de información en un agujero negro. Nunca se ha encontrado una solución definitiva a esta paradoja. Soluciones conocidas a la paradoja:
- La invalidez de la teoría de Hawking. Esto conlleva la imposibilidad de destruir un agujero negro y su constante crecimiento.
- Presencia de agujeros blancos. En este caso, la información absorbida no desaparece, sino que simplemente es arrojada a otro Universo.
- La inconsistencia de la teoría generalmente aceptada de la mecánica cuántica.
Problema sin resolver de la física de los agujeros negros
A juzgar por todo lo descrito anteriormente, los agujeros negros, aunque se han estudiado durante un tiempo relativamente largo, todavía tienen muchas características cuyos mecanismos aún son desconocidos para los científicos.
- En 1970, un científico inglés formuló el llamado. "El principio de la censura cósmica" - "La naturaleza aborrece la singularidad desnuda". Esto significa que las singularidades se forman sólo en lugares ocultos, como el centro de un agujero negro. Sin embargo, este principio aún no ha sido probado. También hay cálculos teóricos según los cuales puede surgir una singularidad "desnuda".
- Tampoco se ha demostrado el “teorema de la falta de pelo”, según el cual los agujeros negros sólo tienen tres parámetros.
- No se ha desarrollado una teoría completa de la magnetosfera del agujero negro.
- No se han estudiado la naturaleza y la física de la singularidad gravitacional.
- No se sabe con certeza qué sucede en la etapa final de la existencia de un agujero negro y qué queda después de su desintegración cuántica.
Datos interesantes sobre los agujeros negros
Resumiendo lo anterior, podemos destacar varias características interesantes e inusuales de la naturaleza de los agujeros negros:
- Los BH tienen solo tres parámetros: masa, carga eléctrica y momento angular. Debido al número tan pequeño de características de este cuerpo, el teorema que lo establece se llama "teorema sin pelo". De aquí también surgió la frase “un agujero negro no tiene pelo”, lo que significa que dos agujeros negros son absolutamente idénticos, sus tres parámetros mencionados son los mismos.
- La densidad del agujero negro puede ser menor que la densidad del aire y la temperatura es cercana al cero absoluto. De esto podemos suponer que la formación de un agujero negro no se produce por compresión de materia, sino como resultado de la acumulación de una gran cantidad de materia en un determinado volumen.
- El tiempo pasa mucho más lento para los cuerpos absorbidos por un agujero negro que para un observador externo. Además, los cuerpos absorbidos se estiran significativamente dentro del agujero negro, lo que los científicos denominan espaguetificación.
- Puede haber alrededor de un millón de agujeros negros en nuestra galaxia.
- Probablemente exista un agujero negro supermasivo en el centro de cada galaxia.
- En el futuro, según el modelo teórico, el Universo llegará a la llamada era de los agujeros negros, cuando los agujeros negros se convertirán en los cuerpos dominantes del Universo.
Las ideas existentes sobre los agujeros negros se basan en teoremas demostrados mediante la geometría diferencial de variedades. Los resultados de la teoría se presentan en libros y no los repetiremos aquí. Remitiendo al lector para más detalles a monografías y colecciones, así como a artículos y reseñas originales, nos limitaremos a una breve lista de las principales disposiciones que subyacen a las ideas modernas sobre los agujeros negros.
La familia más general de soluciones de vacío de las ecuaciones de Einstein, que describen espacios-tiempo estacionarios asintóticamente planos con un horizonte de sucesos no singular y regular en todas partes fuera del horizonte, tiene simetría axial y coincide con la familia Kerr de dos parámetros. Dos parámetros independientes y un determinan la masa y el momento de rotación del agujero negro. Los teoremas que respaldan esta afirmación se formularon en artículos para un agujero negro no giratorio y se generalizaron a la métrica de Kerr en . Las soluciones a las ecuaciones de no vacío de Einstein que describen los agujeros negros pueden caracterizarse por una gran cantidad de parámetros. Así, en el caso del sistema de ecuaciones de Einstein-Maxwell, las propiedades enumeradas las posee la familia de soluciones de Kerr-Newman, que tiene cuatro parámetros donde se encuentran las cargas eléctricas y magnéticas, lo que demuestra la unicidad de esta familia. Hay soluciones para el sistema de ecuaciones de Einstein-Yang-Mills, que describe agujeros negros que transportan cargas calibre (color), así como sistemas de Einstein-Yang-Mills-Higgs con simetría rota espontáneamente, que describen monopolos y diones puntuales gravitantes ocultos bajo el horizonte de sucesos. En el ámbito de la supergravedad extendida se han encontrado soluciones que describen agujeros negros extremadamente cargados con una estructura fermiónica. Es importante que todas las soluciones enumeradas sean conocidas para campos de masa cero; un agujero negro no puede tener campos externos masivos propios.
Campo Kerr-Newman
Posponiendo la discusión de soluciones con cargas magnéticas y de calibre hasta el § 18, consideremos con más detalle la solución de Kerr-Newman, que describe una carga eléctrica giratoria.
agujero negro. En coordenadas de Boyer-Lindquist, el cuadrado del intervalo espacio-temporal tiene la forma
donde se introduce la notación estándar
4-potencial (-forma) del campo electromagnético, determinado por la relación
at no difiere del potencial de una carga puntual en el espacio de Minkowski. Un término adicional proporcional a a, en el infinito espacial, coincide con el potencial del dipolo magnético de la cantidad. Los componentes distintos de cero del tensor métrico contravariante son iguales (numeramos las coordenadas 0, 1, 2, 3)
Para la métrica de Kerr-Newman hay treinta símbolos de Christoffel distintos de cero, de los cuales veintidós son iguales por pares
donde se indica
Los símbolos de Christoffel son funciones de diferencias pares y no desaparecen en el plano ecuatorial de la métrica de Kerr. Los componentes restantes conectados son impares con respecto a la reflexión en el plano donde toman valores cero. Es útil tener esto en cuenta al resolver ecuaciones de movimiento de partículas.
Los componentes distintos de cero del tensor de campo electromagnético son iguales.
que corresponde a la superposición del campo de Coulomb y el campo dipolar magnético.
El elemento lineal (1) no depende de las coordenadas, por lo que los vectores
Son vectores de muerte que generan cambios de tiempo y rotaciones alrededor del eje de simetría. Matando vectores y no son ortogonales entre sí.
La simetría del campo electromagnético con respecto a las transformaciones especificadas por los vectores Killing se expresa en la igualdad a cero de las derivadas de Lie del potencial 4 (3) a lo largo de los campos vectoriales (8),
El vector es temporal en la región delimitada por la desigualdad.
y se vuelve isotrópico en la superficie de la ergosfera
que es un elipsoide de revolución. Dentro de la ergosfera, el vector es espacial, pero hay una combinación lineal de vectores Killing.
cuál es el vector Killing temporal dentro de la ergosfera si la desigualdad
La superficie en la que se fusionan es el horizonte de sucesos, su posición está determinada por la raíz grande de la ecuación.
donde encontramos donde
La cantidad juega el papel de la velocidad angular de rotación del horizonte; De acuerdo con el teorema general, no depende del ángulo.
El horizonte de sucesos es una hipersuperficie isotrópica, cuya sección espacial tiene la topología de una esfera. El área de la superficie bidimensional del horizonte se calcula mediante la fórmula
lo que lleva al resultado
Según el teorema de Hawking, la superficie del horizonte de sucesos de un agujero negro sumergido en un medio material cuyo tensor de energía-momento satisface las condiciones de dominancia energética no puede disminuir. La masa y el momento de rotación de un agujero pueden disminuir individualmente y, habiendo perdido por completo su momento de rotación, el agujero negro tendrá una masa de al menos
que ha sido llamada la masa "irreducible" del agujero negro. La ley del área no decreciente del horizonte de sucesos tiene una naturaleza común con la ley de la entropía creciente; puede estar asociada con la pérdida de información sobre el estado de la sustancia que se encuentra bajo el horizonte de sucesos. Si el agujero negro no tuviera algunos
entropía, entonces al absorber, digamos, un gas calentado en el espacio exterior, se produciría una disminución de la entropía. Invocar consideraciones cuánticas elimina el peligro de contradicción con la segunda ley de la termodinámica, porque resulta que en la gravedad cuántica la entropía de un agujero negro es proporcional al área de la superficie del horizonte de sucesos (21) en unidades del cuadrado. de la longitud de Planck
Esto también corresponde a cálculos anteriores sobre el efecto de la creación de partículas en los agujeros negros en el marco de la teoría semiclásica. La entropía total del agujero negro y la materia absorbida en este caso no disminuye, ya que durante la absorción la masa (y posiblemente el momento de rotación) del agujero negro aumenta, como resultado de lo cual la superficie del horizonte de sucesos aumenta. Cabe señalar que el denominador en (23) es extremadamente pequeño, por lo tanto, con un cambio macroscópico en el área del horizonte, la entropía del agujero negro cambia en una cantidad muy grande.
En el horizonte de sucesos hay una combinación lineal constante de los componentes del potencial 4, lo que tiene el significado de potencial electrostático del horizonte para un observador que gira con el horizonte.
También es constante la cantidad llamada “gravedad superficial” de un agujero negro, que es igual a la aceleración (en unidades de tiempo coordinado) de una partícula mantenida en reposo en el horizonte, en forma invariante.
donde el vector está determinado por la fórmula (14). en (es decir, es un vector isotrópico que se encuentra en la hipersuperficie
Otro vector isotrópico normalizado por la condición Para la métrica de Kerr-Newman, la gravedad superficial del horizonte es igual a
Agujeros negros
A partir de mediados del siglo XIX. Durante el desarrollo de la teoría del electromagnetismo, James Clerk Maxwell tenía gran cantidad de información sobre los campos eléctricos y magnéticos. En particular, lo sorprendente fue el hecho de que las fuerzas eléctricas y magnéticas disminuyen con la distancia exactamente del mismo modo que la gravedad. Tanto las fuerzas gravitacionales como las electromagnéticas son fuerzas de largo alcance. Se pueden sentir a una gran distancia de sus fuentes. Por el contrario, las fuerzas que unen los núcleos de los átomos (las fuerzas de interacciones fuertes y débiles) tienen un rango de acción corto. Las fuerzas nucleares se hacen sentir sólo en un área muy pequeña que rodea a las partículas nucleares. La amplia gama de fuerzas electromagnéticas permite realizar experimentos lejos del agujero negro para determinar si el agujero está cargado o no. Si un agujero negro tiene una carga eléctrica (positiva o negativa) o una carga magnética (correspondiente al polo magnético norte o sur), entonces un observador distante puede utilizar instrumentos sensibles para detectar la existencia de estas cargas. Desde la década de 1970, los astrofísicos y teóricos han estado trabajando intensamente en el problema: ¿qué propiedades de los agujeros negros se conservan y cuáles se pierden en ellos? Las características de un agujero negro que pueden ser medidas por un observador distante son su masa, su carga y su momento angular. Estas tres características principales se conservan durante la formación de un agujero negro y determinan la geometría del espacio-tiempo cerca de él. En otras palabras, si estableces la masa, la carga y el momento angular de un agujero negro, entonces ya se sabrá todo sobre él: los agujeros negros no tienen otras propiedades excepto masa, carga y momento angular. Por tanto, los agujeros negros son objetos muy simples; son mucho más simples que las estrellas de las que surgen los agujeros negros. G. Reisner y G. Nordström descubrieron una solución a las ecuaciones del campo gravitacional de Einstein, que describe completamente un agujero negro "cargado". Un agujero negro de este tipo puede tener una carga eléctrica (positiva o negativa) y/o una carga magnética (correspondiente al polo magnético norte o sur). Si los cuerpos cargados eléctricamente son comunes, entonces los cargados magnéticamente no lo son en absoluto. Los cuerpos que tienen un campo magnético (por ejemplo, un imán ordinario, la aguja de una brújula, la Tierra) necesariamente tienen polos norte y sur a la vez. Hasta hace muy poco, la mayoría de los físicos creían que los polos magnéticos siempre se presentan sólo en pares. Sin embargo, en 1975, un grupo de científicos de Berkeley y Houston anunciaron que durante uno de sus experimentos habían descubierto un monopolo magnético. Si se confirman estos resultados, resulta que pueden existir cargas magnéticas separadas, es decir que el polo norte magnético puede existir separado del sur y viceversa. La solución de Reisner-Nordström permite la posibilidad de que un agujero negro tenga un campo magnético monopolo. Independientemente de cómo el agujero negro adquirió su carga, todas las propiedades de esa carga en la solución de Reisner-Nordström se combinan en una característica: el número Q. Esta característica es análoga al hecho de que la solución de Schwarzschild no depende de cómo el agujero negro adquirió su carga. El agujero adquirió su masa. Además, la geometría del espacio-tiempo en la solución de Reisner-Nordström no depende de la naturaleza de la carga. Puede ser positivo, negativo, corresponder al polo norte magnético o al sur; sólo es importante su valor total, que puede escribirse como |Q|. Entonces, las propiedades de un agujero negro de Reisner-Nordström dependen sólo de dos parámetros: la masa total del agujero M y su carga total |Q| (en otras palabras, sobre su valor absoluto). Pensando en los agujeros negros reales que realmente podrían existir en nuestro Universo, los físicos llegaron a la conclusión de que la solución de Reisner-Nordström no es muy significativa, porque las fuerzas electromagnéticas son mucho más fuertes que las fuerzas gravitacionales. Por ejemplo, el campo eléctrico de un electrón o un protón es billones de billones de veces más fuerte que su campo gravitacional. Esto significa que si un agujero negro tuviera una carga lo suficientemente grande, enormes fuerzas de origen electromagnético dispersarían rápidamente el gas y los átomos “flotando” en el espacio en todas direcciones. En muy poco tiempo, las partículas con el mismo signo de carga que el agujero negro experimentarían una poderosa repulsión, y las partículas con el signo de carga opuesto experimentarían una atracción igualmente poderosa hacia él. Al atraer partículas con cargas opuestas, el agujero negro pronto se volvería eléctricamente neutro. Por lo tanto, podemos suponer que los agujeros negros reales tienen sólo una pequeña carga. Para agujeros negros reales, el valor de |Q| debería ser mucho menor que M. De hecho, de los cálculos se deduce que los agujeros negros que realmente podrían existir en el espacio deberían tener una masa M al menos mil millones de billones de veces mayor que el valor |Q|.
Investigadores de las universidades de Valencia y Lisboa decidieron mirar más allá de la relatividad general para resolver el principal problema de los agujeros negros: los extraños fenómenos que se encuentran en su centro.
Agujeros negros cargados eléctricamente
El agujero negro que están considerando es un caso especial que no existe en la naturaleza, ya que está cargado eléctricamente y no gira sobre sí mismo. Este extraño objeto no es un punto de densidad infinita, sino un agujero de gusano, una especie de puente hacia otro lugar en el tiempo y el espacio.
Para llegar a esta decisión, los científicos equipararon el agujero negro con el grafeno o el cristal. Su geometría se puede utilizar para reproducir el espacio y el tiempo.
Anomalía espacio-temporal
Así como los cristales son imperfectos en su microestructura, la región central de un agujero negro puede interpretarse como una anomalía en el espacio y el tiempo, requiriendo nuevos elementos geométricos para describirla con mayor precisión. Los científicos exploraron todas las opciones posibles, teniendo en cuenta los hechos que observaron en la naturaleza. 
Describir las características de los agujeros negros sigue siendo una tarea increíblemente difícil. Para lograrlo, es necesario combinar la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, y ambas funcionan bastante mal juntas.
La teoría de los científicos resuelve naturalmente varios problemas en la interpretación de los agujeros negros cargados eléctricamente. En primer lugar, resolvieron el problema de la singularidad, ya que en el centro de un agujero negro hay una "puerta", un agujero de gusano a través del cual el tiempo y el espacio pueden continuar. 
Papel del agujero de gusano
Según la interpretación de los científicos, el lugar en el centro del agujero negro es reemplazado por un agujero de gusano cuyo tamaño es directamente proporcional a su carga eléctrica. Cuanto mayor es la carga, más grande es el agujero de gusano. En teoría, algún explorador intrépido podría saltar a este agujero negro, donde sería absorbido por intensas fuerzas de marea (un proceso llamado espaguetificación), atravesaría el agujero de gusano y podría regresar al universo.
Este descubrimiento es bastante interesante. Aunque los agujeros de gusano suelen ser predichos por la relatividad general, requieren algún tipo de materia exótica para permanecer estables. En cambio, se manifiestan en materia y energía ordinarias.
No se espera que se formen agujeros negros cargados eléctricamente en la naturaleza, especialmente si producen resultados peculiares como la formación de un agujero de gusano estable. Pero, después de todo, incluso los agujeros negros reales alguna vez fueron considerados sólo una idea teórica elegante.
A partir de mediados del siglo XIX. Durante el desarrollo de la teoría del electromagnetismo, James Clerk Maxwell tenía gran cantidad de información sobre los campos eléctricos y magnéticos. En particular, lo sorprendente fue el hecho de que las fuerzas eléctricas y magnéticas disminuyen con la distancia exactamente del mismo modo que la gravedad. Tanto las fuerzas gravitacionales como las electromagnéticas son fuerzas de largo alcance. Se pueden sentir a una gran distancia de sus fuentes. Por el contrario, las fuerzas que unen los núcleos de los átomos (las fuerzas de interacciones fuertes y débiles) tienen un rango de acción corto. Las fuerzas nucleares se hacen sentir sólo en un área muy pequeña que rodea a las partículas nucleares. La amplia gama de fuerzas electromagnéticas permite realizar experimentos lejos del agujero negro para determinar si el agujero está cargado o no. Si un agujero negro tiene una carga eléctrica (positiva o negativa) o una carga magnética (correspondiente al polo magnético norte o sur), entonces un observador distante puede detectar la existencia de estas cargas utilizando instrumentos sensibles. A finales de los años 1960 y principios de los 1970, los astrofísicos teóricos trabajaron intensamente en el problema: ¿qué propiedades de los agujeros negros se conservan y cuáles se pierden en ellos? Las características de un agujero negro que pueden ser medidas por un observador distante son su masa, su carga y su momento angular. Estas tres características principales se conservan durante la formación de un agujero negro y determinan la geometría del espacio-tiempo cerca de él. En otras palabras, si estableces la masa, la carga y el momento angular de un agujero negro, entonces ya se sabrá todo sobre él: los agujeros negros no tienen otras propiedades excepto masa, carga y momento angular. Por tanto, los agujeros negros son objetos muy simples; son mucho más simples que las estrellas de las que surgen los agujeros negros. G. Reisner y G. Nordström descubrieron una solución a las ecuaciones del campo gravitacional de Einstein, que describe completamente un agujero negro "cargado". Un agujero negro de este tipo puede tener una carga eléctrica (positiva o negativa) y/o una carga magnética (correspondiente al polo magnético norte o sur). Si los cuerpos cargados eléctricamente son comunes, entonces los cargados magnéticamente no lo son en absoluto. Los cuerpos que tienen un campo magnético (por ejemplo, un imán ordinario, la aguja de una brújula, la Tierra) necesariamente tienen polos norte y sur a la vez. Hasta hace muy poco, la mayoría de los físicos creían que los polos magnéticos siempre se presentan sólo en pares. Sin embargo, en 1975, un grupo de científicos de Berkeley y Houston anunciaron que durante uno de sus experimentos habían descubierto un monopolo magnético. Si se confirman estos resultados, resulta que pueden existir cargas magnéticas separadas, es decir que el polo norte magnético puede existir separado del sur y viceversa. La solución de Reisner-Nordström permite la posibilidad de que un agujero negro tenga un campo magnético monopolo. Independientemente de cómo el agujero negro adquirió su carga, todas las propiedades de esa carga en la solución de Reisner-Nordström se combinan en una característica: el número Q. Esta característica es análoga al hecho de que la solución de Schwarzschild no depende de cómo el agujero negro adquirió su carga. El agujero adquirió su masa. Además, la geometría del espacio-tiempo en la solución de Reisner-Nordström no depende de la naturaleza de la carga. Puede ser positivo, negativo, corresponder al polo norte magnético o al sur; sólo es importante su valor total, que puede escribirse como |Q|. Entonces, las propiedades de un agujero negro de Reisner-Nordström dependen sólo de dos parámetros: la masa total del agujero M y su carga total |Q| (en otras palabras, sobre su valor absoluto). Pensando en los agujeros negros reales que realmente podrían existir en nuestro Universo, los físicos llegaron a la conclusión de que la solución de Reisner-Nordström no es muy significativa, porque las fuerzas electromagnéticas son mucho más fuertes que las fuerzas gravitacionales. Por ejemplo, el campo eléctrico de un electrón o un protón es billones de billones de veces más fuerte que su campo gravitacional. Esto significa que si un agujero negro tuviera una carga lo suficientemente grande, enormes fuerzas de origen electromagnético dispersarían rápidamente el gas y los átomos “flotando” en el espacio en todas direcciones. En muy poco tiempo, las partículas con el mismo signo de carga que el agujero negro experimentarían una poderosa repulsión, y las partículas con el signo de carga opuesto experimentarían una atracción igualmente poderosa hacia él. Al atraer partículas con cargas opuestas, el agujero negro pronto se volvería eléctricamente neutro. Por lo tanto, podemos suponer que los agujeros negros reales tienen sólo una pequeña carga. Para agujeros negros reales, el valor de |Q| debería ser mucho menor que M. De hecho, de los cálculos se deduce que los agujeros negros que realmente podrían existir en el espacio deberían tener una masa M al menos mil millones de billones de veces mayor que el valor |Q|.
