Últimamente han llegado a las pantallas de los cines títulos
como "La teoría del todo" o "Interstellar" que mencionan o
incluso hacen uso para sus líneas argumentales de conceptos tales como agujeros
negros, agujeros de gusano o incluso dilatación temporal. Vamos a intentar
explicar de manera sencilla que se esconde detrás de estas expresiones.
Empezaremos con los archiconocidos agujeros negros. Probablemente,
la explicación más conocida asociada al
término es algo así como que se trata de una región finita del espacio-tiempo
donde existe una concentración de masa lo suficientemente grande como para generar un campo
gravitatorio tan intenso que no permite que nada escape de él, ni siquiera la
luz. Ahora bien, vamos a intentar explicar un poco más por qué ocurre esto, así
como la historia del término. Para ello hemos de remontarnos a 1783, que es
cuando por primera vez se hace referencia a los agujeros negros de la mano de
un filósofo de la naturaleza y geólogo inglés llamado John Michell que llevo a
cabo el siguiente razonamiento. Si lanzamos
un objeto verticalmente y hacia
arriba, transcurrido un tiempo este se verá frenado por la acción de la gravedad
con lo que dejará de ascender terminando por volver finalmente a la superficie
terrestre. Ahora bien, si pudiéramos imprimirle al objeto la suficiente fuerza
para superar a la fuerza de la gravedad esta no sería capaz de retenerlo y el
objeto en cuestión abandonaría, ahora sí, la Tierra. O dicho de otro modo, lo
que hemos conseguido es superar un valor llamado velocidad de escape, que dicho
sea de paso es distinto para cada planeta, estrella etc… Por citar algunos ejemplos digamos que la velocidad de escape
en nuestro planeta es de aproximadamente
11 km/s, la de la Luna es de 2 km/s y la del Sol 620 km/s. Como podéis
comprobar se trata de unos valores, incluso el de la Luna, lo suficientemente
grandes como para que nos resulte muy difícil lanzar un objeto y que este no
vuelva. Esta es la razón por la que las piedras que lanzamos desde bien
pequeños siempre vuelvan a caer y nunca hayamos conseguido un lanzamiento tal
que haga que la piedra no vuelva a caer. Ahora bien para la luz, cuya velocidad es de 300.000
km/s, podemos comprobar que no resulta ningún problema abandonar la superficie
terrestre o de alguna estrella y esa es la razón por la cual recibimos la luz solar. Lo que
le llevo a John Michell a argumentar que si existieran estrellas lo
suficientemente masivas, muchísimo más que nuestro Sol, llegando a alcanzar
velocidades de escape superiores a las de la luz, esta no podría abandonar
dichas estrellas quedando de manera inexorable atrapada por su gravedad. Es
decir la luz no sería capaz de superar la velocidad de escape de una estrella
tan masiva y no podría abandonarla, de igual modo que no podemos lanzar una
piedra y hacer que abandone la Tierra por mucho que nos esforcemos. En
consecuencia la luz quedaría retenida por la acción de la propia gravedad de la
estrella y desde el exterior de esta no
podríamos ver los rayos de luz, es decir lo único que veríamos sería oscuridad. Michell denominó
a estos objetos estrellas negras. Hemos de decir que John Michell llegó a esta conclusión haciendo uso de la gravedad Newtoniana, la explicación que por aquella época se tenía de la gravedad, que interpretaba esta como una fuerza atractiva que poseían todos los cuerpos capaz de actuar a distancia.
Demos un salto ahora de algo más de un siglo, concretamente hasta el año 1915, momento en el que Einstein publica su Relatividad General. En esta, la gravedad ya no es interpretada como una fuerza a distancia sino como el resultado de la trayectoria que se ve obligada a seguir un cuerpo debido a la deformación del espacio-tiempo que provoca la masa de otro cuerpo. Es decir un cuerpo, tal que el Sol, provoca una deformación en el espacio-tiempo que lo rodea obligando a otro cuerpo, tal que la Tierra, a seguir la trayectoria que el Sol "le ha marcado" como consecuencia de la deformación espaciotemporal. Nos encontramos no ya con una acción a distancia "pura", por así llamarla, sino con el fruto de una modificación del espacio-tiempo que nos rodea, que obliga a los planetas, estrellas etc a seguir ciertas trayectorias.
Pues bien, al año de publicar Einstein su teoría, en 1916 un físico y astronomo alemán llamado Karl Schwarzschild trabajando con las ecuaciones de campo de la relatividad de Einstein en torno a un cuerpo supermasivo con una velocidad de escape mayor que la de la luz obtuvo una solución que representaba un agujero negro. Su trabajo tuvo poca acogida entre los cientificos de la época, ya que pensaban que un cuerpo de semejantes características no podría existir. Incluso el mismo Einstein al ver la solución que emergía de sus propias ecuaciones lo interpreto poco más que una curiosa solución teórica pero sin cabida en el mundo real.
Demos un nuevo salto en el tiempo hasta llegar al año 1939, cuando Oppenheimer y Snyder haciendo uso nuevamente de las ecuaciones de la relatividad general realizan una serie de cáculos aplicados a una estrella con unas características concretas y descubren que esta debe de ir colapsándose a consecuencia de la gravedad hasta alcanzar un punto en el que la materia de la estrella se ha comprimido tanto que genera un campo gravitatorio tal que no permite que nada escape de ella, ni siquiera la luz. Pasados unos años, a comienzos de la década de los 50, el físico norteamericano John Wheeler inspirado por el trabajo de Oppenheimer y Snyder prosiguió con el estudio de la relatividad general y los agujeros negros y acabaría dando el nombre con el actualmente conocemos a los agujeros negros en el curso de una conferencia en 1967.
Ahora bien, que puede llevar a una estrella a comprimirse tanto como para generar un campo gravitatorio tan intenso que no permita ni que la luz escape de ella. Es decir como puede una estrella transformarse en un agujero negro. Vamos a explicar brevemente este proceso aunque no el único modo de formación de un agujero negro.
Una estrella, y vamos a simplificar quizás en exceso, se mantiene en un estado de equilibrio entre su propia gravedad que la empuja a contraerse y la presión que se genera al quemar esta su combustible, que transforma en energía y produce un empuje hacia fuera que contrarresta el tirón gravitatorio. Este equilibrio hace que la estrella ni colapse ni estalle, pero a medida que va agotando su combustible y en función de una serie de parametros, como su masa y su radio, pueden ocurrir varias situaciones. Cuando la estrella empieza a agotar el combustible si su masa supera un valor conocido como límite de Chandrasekhar, aquella no será capaz de contrarrestar el tirón gravitatorio y empezará a comprimirse aumentando su densidad. Si la masa de la estrella tiene entre 3 y 5 veces la masa solar la contracción tiene un límite y se termina formando un estrella de neutrones. Si por el contrario la masa es superior, la fuerza de la gravedad de la estrella no tiene nadie que la pueda contrarrestar y gana la partida , el proceso de colapso gravitatorio es inevitable y la estrella se convertirá en un agujero negro.
Como hemos explicado anteriormente, pero ahora en el marco de la relatividad general, la masa de la estrella deformará de una manera tan brutal el espacio tiempo circundante que nada (ni nadie) incluida la luz puede escapar a este tirón gravitatorio provocado por la deformación del espacio tiempo. Alrededor del agujero negro se forma una superficie imaginaria denominada horizonte de sucesos, se trata de la frontera a partir de la cual si algo cruza ya no podrá volver puesto que quedará sometido irremediablemente al enorme tirón gravitatorio. Todo lo que se acerque al agujero negro y cruce esta última frontera ya no podrá regresar...
Y llegados a estas alturas habréis podido comprobar que nos hemos extendido quizás más de lo inicialmente presupuestado y sólo hemos hablado de uno de los términos que mencionábamos al comienzo de este post. Así que no nos queda más remedio que dejar para futuras entradas la explicación de los otros conceptos. Espero poder haber arrojado algo de luz sobre los agujeros negros y sólo recomendaros que si os acercáis a alguno tengáis cuidado de no atravesar esa última frontera denominada horizonte de sucesos...
Como hemos explicado anteriormente, pero ahora en el marco de la relatividad general, la masa de la estrella deformará de una manera tan brutal el espacio tiempo circundante que nada (ni nadie) incluida la luz puede escapar a este tirón gravitatorio provocado por la deformación del espacio tiempo. Alrededor del agujero negro se forma una superficie imaginaria denominada horizonte de sucesos, se trata de la frontera a partir de la cual si algo cruza ya no podrá volver puesto que quedará sometido irremediablemente al enorme tirón gravitatorio. Todo lo que se acerque al agujero negro y cruce esta última frontera ya no podrá regresar...
Y llegados a estas alturas habréis podido comprobar que nos hemos extendido quizás más de lo inicialmente presupuestado y sólo hemos hablado de uno de los términos que mencionábamos al comienzo de este post. Así que no nos queda más remedio que dejar para futuras entradas la explicación de los otros conceptos. Espero poder haber arrojado algo de luz sobre los agujeros negros y sólo recomendaros que si os acercáis a alguno tengáis cuidado de no atravesar esa última frontera denominada horizonte de sucesos...
Y recordad siempre: Magia..., No, Ciencia!!
También puedes encontrarnos en Twitter en: @Cuantosycuerdas
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