sábado, 10 de agosto de 2013

Agujeros negros

En este nuevo tema hablaremos de los objetos más nombrados, más exóticos y también menos conocidos (principalmente porque no se pueden ver) de todo el Universo conocido.

La leyenda y la destrucción siempre han ido de la mano de nuestros invitados de esta semana, pero no se asusten, porque hablaremos de "agujeros negros".

    "Un agujero negro u hoyo negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella."
    —Wikipedia

Así que, sin más dilación, vamos a entrar en materia (nunca mejor dicho) y a tratar de explicar en qué consisten estos extraños objetos.
Representación artística de un agujero negro
Representación artística de un agujero negro - Imagen: NASA/CXC/M. Weiss

Recordarán que cuando hablábamos de la vida de la estrellas decíamos que, cuando éstas morían, podían convertirse en otros objetos en función de su masa. Así, podían terminar como enanas blancas, estrellas de neutrones o... como agujeros negros.


Y no sólo en el centro de las galaxias. Por toda la Vía Láctea ya hemos descubierto decenas de ellos. Algunos son más masivos que otros, pero todos son agujeros negros.

A pesar de que no podemos ver directamente un agujero negro, podemos calcular su tamaño observando su alrededor y calculando el tamaño "que no podemos ver" a través de las matemáticas:


La fórmula de Karl Schwarzschild es válida para agujeros negros estáticos y esféricos. Siendo "G" la constante gravitatoria, "M" la masa del agujero y "c" la velocidad de la luz, la fórmula nos indica que, a mayor energía absorbida, más masa tendrá el agujero negro y mayor será por tanto su radio (Rs).

Y la masa, precisamente, es una de las características principales de nuestros invitados:


Las otras dos características son la carga (Q) (sí, los agujeros negros pueden tener carga eléctrica) y el momentum angular (J) (sí, también pueden rotar). De aquí podemos deducir que, según estas tres características, podemos encontrarnos varios tipos de agujeros negros:


Resumiendo, podemos tener agujeros negros sin carga, o sin "momentum", pero no sin masa: todos los agujeros negros tienen masa.


Un vez visto que existen varios tipos de estos objetos, vamos a ver qué hacen y cómo afectan a todo lo que tienen a su alrededor.


Un agujero negro hace básicamente lo que hace cualquier objeto con masa: atraer a otros objetos cercanos. Lo que ocurre en especial con ellos es que la fuerza de atracción que ejercen es tan enorme, que nada puede escapar de ellos; y cuando decimos nada, es NADA, ni siquiera la luz, de ahí que no podamos verlos.

Dependiendo del tamaño del agujero, el objeto cercano puede ser atraído más rápida o más lentamente, haciendo que el tiempo parezca que se va deteniendo (curiosamente, mientras más grande sea el agujero más lenta será la atracción, ya que más lejano está su centro).

¿Pero realmente los agujeros negros no emiten nada?
Representación artística de un agujero negro
Representación artística de un agujero negro - Imagen: NASA

Eso es lo que se pensaba hasta 1974, cuando el conocido físico teórico y cosmólogo Stephen Hawking demostró que emiten una radiación débil. La mecánica cuántica nos asegura que el vacío se encuentra poblado de pares de partículas y antipartículas que surgen y se desvanecen continuamente (pares virtuales). Hawking predijo que cuando uno de esos pares aparece cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro, una partícula puede caer hacia dentro, mientras su pareja podría escapar. Este fenómeno se denomina "radiación de Hawking".


Y es precisamente el horizonte de sucesos (una hipersuperficie frontera del espacio-tiempo) hasta donde podemos llegar al estudiar los agujeros negros.

Como vimos más arriba, un agujero negro atrae a los objetos de su alrededor, cada vez con más fuerza a medida que se acercan a él, hasta llegar a una zona en que la fuerza es tan grande que ya nada puede escapar de ahí, ni la luz. Ese es el horizonte de sucesos (una hipersuperficie frontera del espacio-tiempo) y es hasta ahí donde podemos observar un agujero negro ya que, al absorber la luz, nos es imposible ver qué sucede más allá.

Pero una vez pasado ese horizonte...


En definitiva, hablamos de un objeto de reciente descubrimiento. Fue John Michell quien formuló su existencia basándose en la velocidad de escape de la Tierra. Michell calculó que en objetos mucho más masivos, llegaría un momento en que habría que tener una velocidad superior a la de la luz para poder escapar. Eso fue en 1783.


Y no fue hasta la aparición de Albert Einstein en 1915 con su conocida teoría de la relatividad general cuando los agujeros negros entraron en materia de estudio. Y gracias a los cálculos y diversas teorías de científicos como Robert Oppenheimer, Stephen Hawking o Roger Penrose, podemos conocer un poco más acerca de estos extraños y colosales compañeros nuestros en el Universo.

  • Algunas notas interesantes más:










  • Y para finalizar el tema, un tanto especial por su exotismo, les invitamos a ver dos vídeos documentales. Que los disfruten.

    • El monstruo de la Vía Láctea:

    • El enigma de los agujeros negros:

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