domingo, 26 de agosto de 2012

Agujeros negros: lo principal en 10 párrafos.



 
Un poco de historia
 
La historia de los agujeros negros habla sobre las consecuencias inesperadas que surgieron al interpretar las leyes físicas de la gravitación. Hoy vamos a pensar un poco sobre una de las predicciones más asombrosas hechas sobre el papel y confirmadas después con la experimentación.
Este es un bonito ejemplo de cómo el pensamiento humano es capaz de arrancar a la naturaleza secretos  inimaginados antes de ser leídos en el lenguaje matemático con el que, como dijo Galileo, ella se expresa.


Desde la teoría de la gravitación universal publicada por Newton en 1686, están sentadas las ecuaciones físicas que sugieren la existencia de estos cuerpos. Pero no fue hasta 1783 cuando a un párroco Británico, de nombre John Michel se le ocurrió que podrían existir cuerpos de los que ni si quiera la luz podría escapar. También Laplace, de forma independiente en 1796 propone la existencia de estrellas oscuras. 

Ya en 1915, Albert Einstein amplía su teoría de la relatividad para incluir los efectos de la gravedad

Otros protagonistas de esta historia fueron Kart Schwartzschild, Chandrasekar,  y más recientemente Stephen Hawking. Todos ellos contribuyeron con sus descubrimientos a mejorar nuestro conocimiento de los agujeros negros, hasta el punto de que hoy por hoy esta teoría se ajusta magníficamente a las observaciones y está  ampliamente respaldada tanto teórica como experimentalmente. (Fuera del punto central de los agujeros donde las leyes conocidas de la física no pueden aplicarse)

UN PAR DE CONCEPTOS QUE CUALQUIERA PUEDE ENTENDER

Muertes estelares que llevan a la formación de agujeros negros

Las estrellas son candelas que iluminan el universo y obtienen la energía de las reacciones nucleares que ocurren en su interior. Mientras dura este proceso, existe en la estrella un equilibrio entre la presión ejercida en su interior por las reacciones nucleares y la fuerza gravitatoria ejercida por la propia masa de la estrella que tiende  a concentrar toda su materia. 
Pero cuando a la estrella se le acaba el combustible y el horno de su interior se apaga, desaparece la presión que impedía que la materia de la estrella se comprimiese por gravedad.  Este es el momento que marca el comienzo de la muerte de la estrella.  Sin embargo, no todas las estrellas van a tener la misma muerte: las más pequeñas lo harán de forma más apacible (transformándose en enanas blancas o estrellas de neutrones) y las más grandes más violentamente; de forma que aquellas cuya masa supere un cierto valor crítico (Aprox. 2,3 veces la masa del sol) darán lugar a la formación de un agujero negro. 




Velocidad de escape, culpable de que los agujeros negros sean invisibles

Para entender que es un agujero negro, al menos básicamente, nos va  a venir muy bien repasar este concepto de la física clásica newtoniana.
Cualquier objeto situado sobre la superficie de un astro, se siente atraído hacia él por gravedad. Si queremos lanzar dicho objeto de forma que no vuelva a caer sobre el astro en cuestión, debemos hacerlo con la velocidad suficiente para que pueda escapar a su atracción gravitatoria y de esta forma acabará volando libre por el espacio.
Como es fácil imaginar cuanto mayor sea el astro, mayor será su gravedad y mayor será también la velocidad de escape de un objeto lanzado desde su superficie. Pongamos algunos ejemplos de velocidades de escape de objetos conocidos:


Tierra: ve = 11, 1 km/s = 39 960 km/h
Luna: ve = 2, 38 km/s = 8 568 km/h
Jupiter:  ve = 59, 5 km/s = 214 200 km/h
Sol:        ve = 600 km/s = 2 160 000 km/h

Einstein, demostró que la velocidad de la luz, c, es la mayor velocidad que puede alcanzarse en el universo.

Consecuencia inmediata: Si existe en el universo un objeto con una densidad lo suficientemente alta para que sobre su superficie la velocidad de escape sea igual a c, entonces nada podrá escapar de él, ni siquiera la luz una vez que ha atravesado la frontera donde ese objeto ejerce su influencia. A esa frontera se la conoce como horizonte de sucesos, y es fácil entender porque a los objetos con estas características se les llama agujeros negros.

El radio de Schwarschild, es el radio crítico para que un cuerpo de masa M se transforme en agujero negro. Por tanto, la formación de un agujero negro depende de la densidad  y NO de la masa. Así pues, para formar un agujero negro en el sol, este debería tener un radio de 3km; y la tierra sería un agujero negro si consiguiésemos comprimirla hasta convertirla en una canica de 9 mm
Estos ejemplos nos pueden ayudar a hacernos una idea de la tremenda densidad de materia que caracteriza a los AN

Pero, aunque estas ideas nos acercan al entendimiento de los objetos más misteriosos del universo, no olvidemos que para entenderlos en profundidad hace falta la relatividad general, la moderna teoría de la gravedad desarrollada por Einstein (1915).



Entonces ¿cómo podemos observarlos para comprobar que nuestra teoría es cierta?


Puesto que nada, ni siquiera la luz,  escapa del horizonte de sucesos de un agujero negro, estos no emiten materia o energía, de tal forma que son totalmente oscuros.
Paradojicamente, un agujero negro puede ser uno de los objetos más brillantes de todo el universo, pues la materia que devoran, es acelerada de tal forma que en su caída hacia el agujero irradia ingentes cantidades de energía hacia el espacio, y es esta energía la que nos permite detectarlos mediante nuestros telescopios. 
Además, la materia entorno al agujero se mueve en caída hacia él. 

Por tanto, tenemos dos pistas para detectar la presencia de un agujero negro. La emisión y el movimiento de la materia que es absorbida por el mismo.



Y ¿Qué ocurre en el interior de un agujero negro?

Nada impide traspasar el horizonte sucesos, pero una vez hecho no hay vuelta atrás.

Hemos dicho que para profundizar en el entendimiento de los AN es necesaria la teoría de la relatividad general, que concibe el espaciotiempo como un tejido que se curva por acción de los cuerpos con masa y, cuanto más masa tenga un objeto, más curvatura provoca en el tejido espaciotemporal.  Esta idea de curvatura permite entender los agujeros negros como puntos de curvatura infinita, a los que llamamos singularidades. En una singularidad, nos encontramos en el límite de aplicación de la física conocida donde, los conceptos espacio y tiempo dejan de tener sentido.

Seguiremos ampliando la información sobre este tema, y hablaremos de los protagonistas que los descubrieron y de los objetos descubiertos que han sido ya confirmados como agujeros negros.

3 comentarios:

  1. Muy bueno el post.. creo que necesito releerlo varias veces para entenderlo del todo... que ignorantilla que me siento..jejjeje, mil gracias primo!!!

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  2. Bueno, gracias a ti en realidad que me sugeriste la idea,es un tema fascinante y está claro que estas cosas requieren leerlas varias veces para entenderlas, pero la curiosidad siempre ayuda a ello. Besos

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  3. Mi amigo Damián ha preguntado a qué velocidad se mueven las partículas expulsadas en los chorros que emiten algunos AN por sus polos. Investigaremos para dar una respuesta, pero según lo que hemos dicho, puesto que la velocidad de escape de un AN es c, los chorros deberían tener una velocidad de ese orden... digo yo, a ver si alguien puede confirmar esta suposición.

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