AGUJEROS NEGROS
INTRODUCCIÓN.
Los agujeros negros, vistos desde la perspectiva que nos brinda la
teoría de la relatividad y de las teorías que de ella se derivaron nos muestran
una inquietante visión de un universo que día a día nos sorprende más, con
estrellas evolucionando, planetas que podrían albergar vida y un misterioso
comportamiento en el interior de los agujeros negros en donde las cosas no
pueden ser explicadas con los conocimientos que poseemos, pues allí dentro, ni
la física ni las matemáticas que conocemos (o que estamos conociendo) se
cumplen.
El sólo hecho de saber que las cosas tal como las conocemos no
funcionan siguiendo nuestra lógica convierte de por sí a los agujeros negros en
un fenómeno más que interesante.
Cosas tan extrañas como las que han sido mencionadas son las que
provocan el interés en los agujeros negros.
¿Qué pasará con los agujeros negros en el universo?, ¿cómo se
comportan y qué tamaño tienen?, ¿un agujero negro acabará con la existencia del
universo tal como lo conocemos? éstas preguntas frecuentes e inquietantes
intentarán ser resueltas en los vínculos siguientes y tratarán de mostrarte de
manera simple lo que hasta ahora conocemos acerca de los agujeros negros.
DESARROLLO DEL TEMA
Los Agujeros Negros
Un agujero
negro es una región finita del espacio-tiempo, con un campo gravitatorio
tan fuerte que ni siquiera la radiación electromagnética puede escapar de su
proximidad. Un campo de estas características puede corresponder a un cuerpo de
alta densidad con una masa relativamente pequeña -como la del Sol o menor- que
está condensada en un volumen mucho menor, o a un cuerpo de baja densidad con
una masa muy grande, como una colección de millones de estrellas en el centro
de una galaxia.
En 1915, Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que
la luz era influenciada por la gravedad. Unos meses después, Karl Schwarzschild
encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado
absorbería la luz. Se sabe ahora que el radio de Schwarzschild es el radio del
horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira, pero esto no era bien
entendido en aquel entonces. El propio Schwarzschild pensó que no era más que
una solución matemática, no física.
Un agujero negro tiene tres partes
principales que debemos diferenciar:
1).Orbita
del agujero negro:
Es el exterior del agujero negro. En el está
toda la materia que tarde o temprano va a ser engullida por el agujero negro.
Esta materia gira en torno al agujero negro, pero poco a poco va desplazándose
más hacia el interior. Nadie sabe todavía donde va a parar esta materia.
2).Horizonte de
sucesos:
El horizonte de sucesos es como una válvula
que solo puede atravesarse en un sentido. Una vez que lo cruzas es imposible
salir de ahí. Ni siquiera la luz puede salir. Aquí, ya sólo queda bajar hasta
la singularidad, que es el punto y final del agujero negro. Ponemos el ejemplo
de una nave interestelar de las del tipo de las películas de ciencia ficción.
Si una nave quisiera salir del horizonte de sucesos, necesitaría una
aceleración infinita, prohibida por las leyes de la física.
3).La singularidad:
La singularidad es la parte final del agujero
negro. Aquí, la curvatura del espacio tiempo es muy extrema, y en caso de que
una nave llegase hasta aquí, el espacio tiempo la comprimiría hasta densidades
superiores a las de miles de millones de toneladas por centímetro cúbico que
existen en el núcleo de los púlsares.
Ahora bien los científicos han logrado hallar
una relación directa entre la masa y el espacio ocupado de un agujero negro,
esto significa que si un agujero negro es diez veces más pesado que cualquier
estrella ocupará también diez veces el espacio ocupado por esa estrella. Para
darnos una idea más clara compararemos el tamaño del sol con un agujero negro
súper masivo, el sol posee un radio de aproximadamente 434,96 millas
mientras que el agujero negro súper masivo poseerá un radio de a lo más cuatro
veces más grande que el del Sol.
Si analizamos la segunda propiedad debemos de
considerar que hasta el momento lo que se sabe de la masa que poseen los
agujeros negros es que esta no tiene límites conocidos (ningún máximo ni
mínimo). Pero si analizamos las evidencias actuales podemos considerar que dado
que los agujeros negros se forman a partir de la muerte de estrellas masivas
debería de existir un límite máximo del peso de los agujeros negros que sería a
lo mucho igual a la masa máxima de una estrella masiva. Dicha masa límite es
igual a diez veces la masa del Sol (más o menos 1x1031 kilogramos).
En los
últimos años se ha encontrado evidencia de la existencia de agujeros negros en
el centro de galaxias masivas. Se cree a partir de esto que dichos agujeros
negros poseerían “millón de veces la masa del sol”.
1.-Se clasifican según su origen.
Agujeros negros
primordiales:
Aquellos que fueron creados temprano en la
historia del Universo. Sus masas pueden ser variadas y ninguno ha
sido observado.
En 1971, Stephen
Hawkings teorizó que en la densa turbulencia creada por el fenómeno conocido
como Big Bang, se formaron presiones externas las cuales ayudaron en la
formación de los mini agujeros negros. Éstos serían tan masivos como una
montaña, pero tan pequeños como un protón; radiarían energía espontáneamente, y
después de miles de millones de años finalizarían con una violenta explosión.
2.-Según la masa:
Se forman cuando una estrella de masa 2,5 mayor que la masa del Sol
se convierte en supernova e implosiona.
Su núcleo se concentra en
un volumen muy
pequeño que cada vez se va reduciendo más.
b) Agujeros negros súper
masivos:
Son el corazón de muchas galaxias. Se ha
establecido que tiene una masa de 2.5 millones de veces la del Sol.
3.-Según el momento
angular (modelos teóricos):
Un agujero negro sin carga y sin momento angular es un agujero negro de Schwarzschild, mientras que un agujero negro rotatorio
(con momento angular mayor que 0), se denomina agujero negro de Kerr.
Para la formación de un agujero negro una estrella como el sol que
va agotando su combustible nuclear convirtiendo su hidrógeno a helio y este a
carbono, oxígeno y finalmente hierro llegando un momento en que el calor
producido por las reacciones nucleares es poco para producir una dilatación del
sol y compensar así a la fuerza de la gravedad. Entonces el sol se colapsa
aumentando su densidad, siendo frenado ese colapso únicamente por la repulsión
entre las capas electrónicas de los átomos. Pero si la masa del sol es lo
suficientemente elevada se vencerá esta repulsión (al sobrepasar el límite de
Chandrasekhar) pudiéndose llegar a fusionarse los protones y electrones de
todos los átomos, formando neutrones y reduciéndose el volumen de la estrella
no quedando ningún espacio entre los núcleos de los átomos. El sol se convertiría
en una esfera de neutrones y por lo tanto tendría una densidad elevadísima.
Sería lo que se denomina "estrella
de neutrones".
Para detectar un agujero negro no podríamos observarlo fácilmente
ya que no reflejarían ni emitirían ningún tipo de radiación ni de partícula.
Pero hay ciertos efectos que sí pueden ser detectados. Uno de estos efectos es
el efecto gravitatorio sobre una estrella vecina.
Supongamos un sistema binario de estrellas (dos estrellas muy
cercanas girando la una alrededor de la otra) en el cual una de las estrellas
es visible y de la cual podemos calcular su distancia a la Tierra y su masa. Esta
estrella visible realizará unos movimientos oscilatorios en el espacio debido a
la atracción gravitatoria de la estrella invisible. A partir de estos
movimientos se puede calcular la masa de la estrella invisible.
Si esta estrella invisible supera una masa de unos 1'5 veces la
masa de nuestro sol, tendremos que suponer que se trata de un agujero negro.
Asimismo los llamados agujeros de gusano, una especie de pasadizo
entre dos puntos distantes o no del espacio-tiempo, fueron descubiertos
matemáticamente en 1916 por Ludwing Flamm, unos pocos meses después de que
Einstein formulara su ecuación de campo (relatividad general), como una
solución a dicha ecuación de campo. Posteriormente, en los años cincuenta
fueron investigados intensamente mediante gran variedad de cálculos matemáticos
por John Wheeler y su equipo. Durante muchos años, los cálculos parecían
indicar que se creaban en algún instante de tiempo y rápidamente se
estrangulaban y se cerraban. Pero en 1985, cuando Kip S.
Thorne trataba de resolver un grave problema que tenía Carl Sagan
con la heroína de su última novela, realizó una serie de cálculos que le
llevaron a encontrar la solución a la inestabilidad de un presunto agujero de
gusano.
La solución que encontró Thorne pasaba por un tipo de energía
llamada exótica o energía negativa. A diferencia de la materia o energía normal
o positiva que actúa, en grandes concentraciones como puede ser una estrella
masiva, como una lente gravitatoria convergente (hace converger los rayos de
luz) la energía exótica o negativa actúa como lente gravitatoria divergente,
manteniendo separadas las paredes del agujero de gusano. Hace divergir los
rayos de luz que entren así como las fluctuaciones del vacío que de otra forma
al ser multiplicados por el agujero impedirían su estabilidad y lo
destrozarían.
El material exótico es más común de lo que nos podría parecer, de
hecho las fluctuaciones del vacío que lo envuelven todo están formadas por
energía positiva y energía negativa que en circunstancias normales producen una
suma nula. Sin embargo Robert Wald (colaborador de Wheeler) y Ulvi Yurtsever
demostraron en los ochenta que en el espacio-tiempo curvo (cerca de una gran
masa), en una gran variedad de circunstancias, la curvatura distorsiona las
fluctuaciones del vacío y las hace exóticas (energía negativa).
La materia se arremolinaría en torno a un
agujero de gusano de la misma forma que lo hace en un agujero negro, dado que
ambos distorsionan el espacio alrededor de ellos de la misma forma.
Se podría esperar distinguir ambos por la
llamada radiación de Hawking, una emisión de partículas y luz que sólo
provendría de los agujeros negros y tendría un espectro de energía
característico. Pero esta radiación es tan débil que sería completamente
oscurecido por otras fuentes, tales como el brillo de fondo de microondas
dejado por el Big Bang, haciéndolo inobservable en la práctica.
Otra diferencia que se podría esperar
explotar es que al contrario que los agujeros negros, los agujeros de gusano no
tienen horizonte de eventos. Esto significa que las cosas podrían entrar en un
agujero de gusano y salir de él de nuevo. De hecho, los teóricos dicen que una variedad
de agujero negro de curva sobre él mismo, por lo que no llevaría a otro
Universo, sino de vuelta a su propia entrada.
Por otra parte la inmersión arriesgada dependiendo de la forma concreta del agujero de gusano, podría llevar miles de millones de años o más que las cosas salgan del mismo tras caer en él. Con la forma adecuada, incluso el agujero de gusano más antiguo del Universo apenas necesitaría tiempo para expulsar cualquier cosa devuelta.
Parece ser que la única forma de zanjar con seguridad el tema de los agujeros negros astronómicos es hacer una inmersión arriesgada dentro de ellos. Esto sería una apuesta arriesgada, dado que si es un agujero negro, el increíblemente fuerte campo gravitatorio dentro del mismo destrozaría cada átomo de tu cuerpo. Incluso si resulta ser un agujero de gusano, las fuerzas de su interior podrían ser letales.
Suponiendo que pudieses sobrevivir, y que el agujero de gusano no fuese simétrico, podrías encontrarte al otro lado con otro Universo. Sin mayor intervención, el agujero de gusano tendería a absorberte y a traerte de vuelta a la apertura en tu Universo.
CONCLUSIONES
·
La
existencia de los agujeros negros depende de la teoría de Einstein, aunque las
evidencias son muy sólidas; si esa teoría se mostrara incorrecta, debería
reescribirse la cosmología entera.
- Los agujeros emiten radiación como todo
cuerpo caliente y que su radiación desprenden rayos gammas y X que pueden
ser detectados por dispositivos colocados fuera de la atmósfera.
·
Los agujeros
negros se forman a partir de estrellas moribundas las cuales luego de un
proceso natural empiezan a acumular una enorme concentración de masa en un
radio mínimo de manera que la velocidad de escape de esta estrella es mayor que
la velocidad de la luz.
- Si mantenemos abierto un agujero de
gusano mediante el aporte de energía negativa podemos construir una
máquina del tiempo.
RECOMENDACIONES
·
Una manera
de observar es ver la zona sobre la que supuestamente está el agujero negro. Si
observamos las estrellas a su alrededor durante un largo periodo (días)
veríamos como las estrellas de su alrededor cambiarían de posición, hasta que
posiblemente un día ya no la viésemos.
·
Se debe
tomar con calma todo este tipo de información ya que se cree que hay un agujero
negro en el centro de las galaxias en espiral, y eso hace que tengan esa forma.
En la Vía Láctea se cree que también hay un agujero negro, pero no debe
preocuparnos demasiado.
·
Otra manera
de ver los agujeros negros es en un sistema binario, “robando” materia a la
estrella compañera. De esta manera, el agujero negro emite una cantidad muy
grande de rayos X, que pueden ser detectados desde la Tierra.
BIBLIOGRAFÍA:
·
Almanaque
mundial 1999.
- Hawking,
S. W. & Ellis, G. F. R.: The
Large Scale Structure of Space-time, Cambridge, Cambridge
University Press, 1973.
- Albert Einstein, "Sobre la teoría
especial y la teoría general de la relatividad (Alianza Editorial, 1961).
- Albert Einstein, "El significado de
la relatividad" (Planeta Agostini, Barcelona, 1985).
- S.
Weinberg, "Gravitation and cosmology" (John Wiley & Sons,
New York, 1972).
- Jayant Narlikar, "Fenómenos
violentos en el universo" (Alianza Universidad, Madrid, 1987). http://nti.educa.rcanaria.es/usr/avan_tf_sc1_98/ggg/david3b/Un%20agujero%20en%20el%20espacio.html.
·
http://www.civila.com/chile/astrocosmo/an-03.htm.
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