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Los agujeros negros contienen toda la masa de la estrella en un punto matemático, que es lo que se conoce como singularidad. Einstein nunca aceptó eso, sino que pensaba que la masa debería ocupar una región finita aunque fuera pequeña y por eso se opuso a la existencia de agujeros negros,12 que nadie llamaba así entonces (se conocían como «singularidades de Schwarzschild»). El nombre de black hole lo propuso el físico estadounidense Wheeler, 10 años después de la muerte de Einstein.
Existen resultados matemáticos sólidos bajo los cuales una teoría métrica de la gravitación (como la relatividad general) predice la formación de agujeros negros. Estos resultados se conocen como teoremas de singularidades que predicen la ocurrencia de singularidades espaciotemporales (y si se acepta la hipótesis de censura cósmica, por tanto a la formación de agujeros negros). Las ecuaciones de campo de Einstein para la relatividad general admiten situaciones para las cuales se cumplen las condiciones de ocurrencia de singularidades y por tanto, los teoremas de singularidad muestran que los agujeros negros son posibles dentro de la relatividad general. Sin embargo, algunas teorías métricas alternativas como la teoría relativista de la gravitación, muy similar a la relatividad general en casi todos los aspectos y que también explica los hechos observados en el sistema solar y la expansión del universo, usa ecuaciones de campo ligeramente diferentes donde siempre se cumple que en ausencia local de materia y en virtud de las condiciones de causalidad de la teoría, para cualquier campo vectorial isótropo (vectores tipo luz) definido sobre el espacio-tiempo se cumple la desigualdad:
{\displaystyle R_{\mu \nu }v^{\mu }v^{\nu }\leq 0}
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Según Stephen Hawking, en los agujeros negros se fusionan el segundo principio de la termodinámica, lo que dio pie a especulaciones sobre viajes en el espacio-tiempo y agujeros de gusano. El tema está siendo motivo de revisión; Hawking se retractó de su teoría inicial y admitió que la entropía de la materia se conserva en el interior de un agujero negro (véase enlace externo). Según Hawking, a pesar de la imposibilidad física de escape de un agujero negro, estos pueden terminar evaporándose por la llamada radiación de Hawking, una fuente de rayos X que escapa del horizonte de sucesos.
La hipótesis de que los agujeros negros contienen una entropía y que, además, esta es finita, requiere para ser consecuente que tales agujeros emitan radiaciones térmicas, lo que al principio parece increíble. La explicación es que la radiación emitida escapa del agujero negro, de una región de la que el observador exterior no conoce más que su masa, su momento angular y su carga eléctrica. Eso significa que son igualmente probables todas las combinaciones o configuraciones de radiaciones de partículas que tengan energía, momento angular y carga eléctrica iguales. Son muchas las posibilidades de entes, si se quiere hasta de los más exóticos, que pueden ser emitidos por un agujero negro, pero ello corresponde a un número reducido de configuraciones. El número mayor de configuraciones corresponde con mucho a una emisión con
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Las galaxias espirales, como la Vía Láctea, producen nuevas generaciones estelares siempre y cuando tengan densas nubes moleculares de hidrógeno en sus brazos espirales.32 Las galaxias elípticas están desprovistas en gran parte de ese gas, por lo que forman pocas estrellas nuevas.33 El suministro de materias para la formación de estrellas es finito; una vez que las estrellas han convertido el suministro disponible de hidrógeno en elementos pesados, la formación de nuevas estrellas llegará a su fin.3435
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Los asteroides son pequeños objetos rocosos que orbitan alrededor del Sol. Aunque los asteroides den vueltas alrededor del Sol como los planetas, son mucho más pequeños.
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Las pruebas de una aparición temprana de las galaxias se encontró en 2006 cuando se descubrió que la galaxia IOK-1 tenía un corrimiento al rojo anormalmente alto (6,96) correspondiente a solo 750 millones de años después del Big Bang. Esto la convertía en la galaxia más lejana y antigua nunca vista.10 Mientras que algunos científicos sostienen que otros objetos como Abell 1835 IR1916 tienen corrimientos al rojo más altos y, por lo tanto, están en una etapa más temprana de la evolución del universo, la edad y composición de IOK-1 se ha establecido con mayor fiabilidad. En diciembre de 2012 varios astrónomos informaron de que UDFj-39546284 era el objeto astronómico conocido más distante, con un valor de corrimiento al rojo de 11,9. Se estima que el objeto empezó a existir unos 380 millones de años 11 después del Big Bang;12 es decir, la luz que nos llega ha recorrido unos 13 420 millones de años luz. La existencia de estas tempranas protogalaxias sugiere que deben haberse formado en la llamada Edad Oscura.8
El 5 de mayo de 2015 se anunció que la galaxia EGS-zs8-1 era la galaxia más distante y antigua conocida, formada unos 670 millones de años después del Big Bang. La luz de EGS-zs8-1 ha necesitado 13 000 millones de años para llegar a la Tierra y se encuentra ahora a 30 000 millones de años luz de distancia debido a la expansión del universo.1314
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Una galaxia irregular es una galaxia que no encaja en ninguna clasificación de galaxias de la secuencia de Hubble. Son galaxias sin forma espiral ni elíptica.
Hay dos tipos de galaxias irregulares. Una galaxia Irr-I (Irr I) es una galaxia irregular que muestra alguna estructura pero no lo suficiente para encuadrarla claramente en la clasificación de la secuencia de Hubble. Una galaxia Irr-II (Irr II) es una galaxia irregular que no muestra ninguna estructura que pueda encuadrarla en la secuencia de Hubble.
Las galaxias enanas irregulares suelen etiquetarse como dI. Algunas galaxias irregulares son pequeñas galaxias espirales distorsionadas por la gravedad de un vecino mucho mayor.
Del total de galaxias observadas hasta la fecha solo un 4.7 % de las galaxias brillantes reciben el nombre de galaxia irregular.
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El tratado del espacio exterior cubre el uso legal del espacio por los estados, e incluye en su definición la Luna y otros cuerpos celestes. El tratado establece que el espacio exterior es gratuito para que todas las naciones lo exploren y no está sujeto a reclamos de soberanía nacional. Prohíbe el despliegue de armas nucleares. El tratado fue aprobado por la Asamblea General de las Naciones Unidas en 1963 y firmado en 1967 por la Unión Soviética, Estados Unidos y el Reino Unido. A partir de 2017, 105 países han ratificado o se han adherido al tratado.64
En protesta al Tratado sobre el espacio ultraterrestre los Estados de Brasil, Colombia, Congo, Ecuador, Indonesia, Kenia, Uganda y Zaire suscribieron la Declaración de Bogotá, sosteniendo que el espacio encima de sus territorios situados sobre la línea del ecuador debería sería considerado un recurso natural, y por lo tanto debe ser administrado por cada Estado ecuatorial, teniendo ellos el control de las órbitas geoestacionarias.656667686970
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El espacio interestelar es el espacio físico dentro de una galaxia. Aproximadamente el 70 % de la masa del medio interestelar consiste en rayos cósmicos, campos magnéticos y átomos de hidrógeno solitarios; la mayor parte del resto consiste en átomos de helio. Además de lo mencionado anteriormente, el medio interestelar contiene trazas de átomos más pesados, formados por la nucleosíntesis estelar. Los átomos son expulsados por vientos estelares o cuando las estrellas se desprenden de su envoltura, proceso que atraviesan las estrellas para la formación de una nebulosa planetaria.49
Las explosiones de las supernovas generan ondas de choque que expulsan material hacia el medio, añadiendo más materia.50 La densidad de esta materia varía, en promedio existen alrededor de 106 partículas por metro cúbico. En las nubes moleculares frías la cantidad sube a alrededor de 108 o 1012 partículas por metro cúbico.49
La cantidad de moléculas descubiertas a través de la radioastronomía aumenta cada año. Grandes regiones de materia de alta densidad, llamadas nubes moleculares, permiten que ocurran reacciones químicas, como la formación de especies poliatómicas orgánicas. Gran parte de esta química es impulsada por colisiones. Los rayos cósmicos energéticos penetran en las frías y densas nubes e ionizan el hidrógeno y el helio, creando el catión trihidrógeno. Un átomo de helio ionizado puede dividir el monóxido de carbono para producir carbono ionizado, que provoca reacciones químicas orgánicas.51
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El geoespacio está poblado por partículas con carga eléctrica y densidades muy bajas, cuyos movimientos son controlados por el campo magnético de la Tierra. Las tormentas geomagnéticas pueden perturbar a los cinturones de radiación y la ionosfera. Estas tormentas aumentan los flujos de electrones energéticos que pueden dañar permanentemente componentes electrónicos de satélites, interfiriendo con la comunicación por radio de onda corta y los sistemas GPS.37 Las tormentas magnéticas también pueden ser un peligro para los astronautas, incluso en órbita terrestre baja. También crean auroras en latitudes altas.38 Considerados parte espacio exterior, los primeros cientos de kilómetros por encima de la línea de Kármán son suficientes producir un arrastre en los satélites.39 Esta región contiene material residual de lanzamientos tripulados y no tripulados, peligrosos para las naves espaciales. Algunos de estos escombros vuelven a entrar en la atmósfera de la Tierra de vez en cuando.40
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El cuerpo humano es vulnerable a condiciones de altitud en la atmósfera terrestre. La altitud donde la presión atmosférica coincide con la presión del vapor de agua se denomina: línea de Armstrong, en honor al médico estadounidense Harry G. Armstrong. Se ubica a una altitud de 19.14 km. Por encima de la línea los fluidos en la garganta y pulmones se evaporan, la saliva y lagrimas. Para protección y supervivencia se requiere un traje o cápsula presurizada.24
Una vez en el espacio, la exposición repentina sin protección a muy baja presión, puede causar barotrauma pulmonar, una ruptura de los pulmones, a causa de la diferencia de presión entre el interior y el exterior del pecho. Una descompresión rápida puede romper los tímpanos y los senos paranasales, los hematomas y la filtración de sangre pueden ocurrir en los tejidos blandos y el choque puede causar un aumento en el consumo de oxígeno que causaría una hipoxia.25
Como consecuencia de la descompresión rápida, el oxígeno disuelto en la sangre desemboca en los pulmones para tratar de igualar la presión parcial. Una vez que la sangre desoxigenada llega al cerebro, en varios segundos se pierde la conciencia y se muere de hipoxia tras varios minutos.26 La sangre y otros fluidos corporales hierven cuando la presión cae por debajo de 6.3 kPa condición llamada ebullismo. El vapor puede hinchar el cuerpo al doble de su tamaño normal, sin embargo, el ebullismo se ve frenado por la contención de presión de los vasos sanguíneos, por lo que la sangre permanece líquida.27
La hinchazón y el ebullismo se pueden reducir usando un traje de presión. El traje de protección de altura de la tripulación (CAPS en inglés) es una prenda elástica diseñada en 1960 para los astronautas, evita el ebullismo a presiones de 2 kPa.28 Se necesita oxígeno suplementario a 8 km para respirar y evitar la pérdida de agua. La mayoría de los trajes espaciales usan alrededor de 30-39 kPa de oxígeno puro, similar a la cantidad en la superficie de la Tierra. Esta presión es suficiente para evitar el ebullismo, pero la evaporación del nitrógeno disuelto en la sangre puede causar la enfermedad de descompresión.29
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La teoría de la relatividad conduce a la cuestión cosmológica de cuál es la forma del universo y de dónde procede el espacio. Parece que el espacio fue creado en el Big Bang y se ha expandido desde entonces. La forma general del espacio no se conoce, se sabe que el espacio se expandió muy rápidamente debido a la inflación cósmica. Alan Guth conocido por su Teoría de la Inflación, presentó las primeras ideas en un seminario en el Stanford Linear Accelerator Center el 23 de enero de 1980.
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Partículas: Nitrogeno
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Particulas: Hidrogeno
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Teoria de la relatividad P8
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Teoria de la relatividad P4
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En las cercanías de un agujero negro se suele formar un disco de acrecimiento, compuesto de materia con momento angular, carga eléctrica y masa, la que es afectada por la enorme atracción gravitatoria del mismo, ocasionando que inexorablemente atraviese el horizonte de sucesos y, por lo tanto, incremente el tamaño del agujero.
En cuanto a la luz que atraviesa la zona del disco, también es afectada, tal como está previsto por la teoría de la Relatividad. El efecto es visible desde la Tierra por la desviación momentánea que produce en posiciones estelares conocidas, cuando los haces de luz procedentes de las mismas transitan dicha zona.
Hasta hoy es imposible describir lo que sucede en el interior de un agujero negro; solo se puede imaginar, suponer y observar sus efectos sobre la materia y la energía en las zonas externas y cercanas al horizonte de sucesos y la ergosfera.
Uno de los efectos más controvertidos que implica la existencia de un agujero negro es su aparente capacidad para disminuir la entropía del Universo, lo que violaría los fundamentos de la termodinámica, ya que toda materia y energía electromagnética que atraviese dicho horizonte de sucesos, tienen asociados un nivel de entropía. Stephen Hawking propone en uno de sus libros que la única forma de que no aumente la entropía sería que la información de todo lo que atraviese el horizonte de sucesos siga existiendo de alguna forma.
Otra de las implicaciones de un agujero negro supermasivo sería la probabilidad que fuese capaz de generar su colapso completo, convirtiéndose en una singularidad desnuda de materia.
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Tras mil millones de años de formación, comienzan a aparecer las estructuras clave de una galaxia: los cúmulos globulares, el agujero negro central supermasivo y un bulbo formado por estrellas de población II pobres en metal. La creación del agujero negro supermasivo parece desempeñar un papel clave en la regulación activa del crecimiento de las galaxias al limitar la cantidad total de materia adicional añadida.22 Durante este temprano periodo, las galaxias experimentan un gran estallido de formación estelar.23
En los siguientes dos mil millones de años, la materia acumulada se asienta en un disco;24 la galaxia continuará absorbiendo el material que cae de nubes a alta velocidad y galaxias enanas a lo largo de su vida.25 Esta materia es principalmente hidrógeno y helio. El ciclo estelar de nacimiento y muerte aumenta lentamente la abundancia de elementos pesados, lo que permite con el tiempo la formación de planetas.26
La evolución de las galaxias puede estar afectada significativamente por interacciones y colisiones. Cada galaxia al evolucionar, al paso de millones de años, cambia de color e iluminación gracias al cambio de las estrellas. Las fusiones de galaxias eran comunes en épocas tempranas; la mayoría de las galaxias tenían un aspecto peculiar.27 Teniendo en cuenta la distancia entre las estrellas, la gran mayoría de los sistemas estelares de galaxias en colisión no se ven afectados. Sin embargo, la acción de la gravedad sobre el gas y el polvo interestelar de los brazos espirales produce largas hileras de estrellas conocidas como colas de marea. Ejemplos de estas formaciones se pueden ver en NGC 4676 28 y las galaxias de las Antenas.29
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Agujeros de gusano P3.
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