El cor fosc de la Via Làctia: Una anàlisi del forat negre supermassiu Sagitari A

Abstract

Treball guanyador de la XXII Edició dels premis a Treballs de Recerca de la UdL per a l’estudiantat de batxillerat i cicles formatius de grau superior en l'Àrea Tecnològica. Tutor: Anicet Bernabe Cosialls Manonelles (Institut Guindàvols de Lleida).

Los agujeros negros son regiones del espacio con una gravedad tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Un ejemplo fascinante es Sagitario A*, el agujero negro supermasivo ubicado en el centro de nuestra galaxia, del cual sabemos su existencia gracias a la estrella S2 que orbita a su alrededor. Estos enigmáticos objetos juegan un papel crucial en la dinámica y evolución galáctica, pero lamentablemente, la gente tiene muy poco conocimiento sobre ellos ¿Qué secretos ocultan en su interior estas bestias negras? Este trabajo se propone descubrirlo, profundizando en el mundo de los agujeros negros desde la perspectiva científica, y tratando disciplinas como la física y las matemáticas. El trabajo se divide en dos partes: una teórica y otra práctica. En la parte teórica, se explican una gran diversidad de conceptos relacionados con la física, la matemática, el universo, los agujeros negros y astros que orbitan a su alrededor, como, por ejemplo, las leyes de Kepler, el radio de Schwarzschild o la teoría general de la relatividad. Este apartado también incluye un pequeño estudio sobre los científicos pioneros en el descubrimiento de los agujeros negros: John Michell, Karl Schwarzschild, John Wheeler, Roger Penrose y el más importante; Stephen Hawking, que con sus estudios consiguió revolucionar la comprensión sobre la radiación y la naturaleza de los agujeros negros. En la parte práctica del trabajo, se estima la excentricidad de la elipse que forma la órbita de la estrella S2, el radio mediano de la elipse anterior, la máxima i la mínima distancia de S2 respeto Sagitario A*, el periodo de translación de la estrella y su velocidad en distintos puntos de su órbita. Se estudia a partir del movimiento de S2 el complimiento de la segunda ley de Kepler. Se demuestra a partir del movimiento de S2 la conservación del momento angular. Y se estiman la masa, el radio y la densidad de Sagitario A*.

Black holes are regions of space with such intense gravity that nothing, not even light, can escape from them. A fascinating example is Sagittarius A*, the supermassive black hole located in the centre of our galaxy, of which we know its existence thanks to the S2 star that orbits around it. These enigmatic objects play a crucial role in galactic dynamics and evolution, but unfortunately, people have very little knowledge about them. What secrets are these black beasts hiding inside them? This project aims to discover it, deepening the world of black holes from a scientific perspective, and dealing with disciplines such as physics and mathematics. The project is divided into two parts: one theoretical and one practical. In the theoretical part, a wide variety of concepts related to physics, mathematics, the universe, black holes and stars that orbit around them are explained, such as Kepler's laws, the Schwarzschild radius or the general theory of relativity. This section also includes a small study on pioneering scientists in the discovery of black holes: John Michell, Karl Schwarzschild, John Wheeler, Roger Penrose and the most important; Stephen Hawking, who with his studies managed to revolutionize the understanding of radiation and the nature of black holes. In the practical part of the project, are estimated the eccentricity of the ellipse that forms the orbit of the star S2, the mean radius of the previous ellipse, the maximum and minimum distance of S2 from Sagittarius A*, the period of the star's translation and its velocity at different points in its orbit. It is studied from the movement of S2 the compliance of Kepler's second law. It is demonstrated from the movement of S2 the conservation of angular momentum. And the mass, radius and density of Sagittarius A* are also estimated.