Los agujeros negros, vistos por
dentro y por fuera ha sido el título de la conferencia que el doctor Bert
Janssen, profesor titular del departamento de Física Teórica y del Cosmos ha
impartido en el IES Zaidín-Vergeles de Granada dirigida a alumnado de cuarto de
ESO, primero y segundo de bachillerato y ciclos formativos. A lo largo de una
exposición muy amena, el doctor Janssen ha conducido a la audiencia a través de
los agujeros negros desde los distintos enfoques que han dado la física
newtoniana, la relatividad o la mecánica cuántica.
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| El doctor Bert Janssen en un momento de la conferencia. |
La charla ha comenzado destacando
cómo los agujeros negros son temas recurrentes en el cine, la literatura o
incluso los comics. Seguidamente ha explicado cómo, desde la perspectiva de la
física newtoniana, un cuerpo muy masivo, como una estrella, impediría que los
fotones, las partículas que constituyen la luz, pudieran abandonarlo si su
atracción gravitatoria fuese lo suficientemente intensa. Fundamental en este
enfoque es el concepto de velocidad de escape, aquella que debería tener un
objeto para escapar de la atracción gravitatoria de un cuerpo de gran masa.
Esta, únicamente depende de la masa del planeta y de su radio, siendo
independiente de la masa del objeto. Cuanto más, pequeño sea un planeta, a
igualdad de masa, mayor será la velocidad de escapa. Destacó como Laplace
estableció a finales del siglo XVIII que hay un radio en función de la masa de
un planeta o una estrella para el que la velocidad de escape sería igual a la
de la luz. Según sus cálculos, una estrella de un tamaño unas 250 veces el Sol
y una densidad semejante a la de la Tierra no emitiría luz. Laplace denominaría
a un objeto con estas características una estrella negra. En teoría, un objeto
con una velocidad superior a la de la luz podría abandonar esta estrella negra,
sin embargo, Albert Einstein establecería en su teoría especial de la
relatividad la imposibilidad de que ningún objeto supere la velocidad de la
luz. La idea de agujero negro actual comenzaba a tomar cuerpo.
La teoría de la relatividad general
de Einstein y su nuevo concepto de la gravedad definirían a un agujero negro
como aquella estructura que resultaría de la curvatura del espacio causada por
la presencia de una gran masa. Desde esta perspectiva, el doctor Janssen
destacó que no es necesario una cantidad enorme de masa para dar lugar a un
agujero negro, sino una densidad apropiada. Para cada masa existe un radio
característico R, el llamado radio de Schwartzchild, para el cual se
convertiría en un agujero negro. Destacó que en el caso del Sol, en el hipotético caso de que se
redujese a una esfera de unos 3 km -no hay fuerza conocida que lo pueda hacer-, se convertiría en un agujero negro. Añadió
que existen agujeros negros supermasivos, con masas mil millones de veces la
masa del Sol, aunque también se ha postulado la existencia de otros con una masa
muy pequeña, 10-18 masas solares. En este extremo, los llamados
agujeros negros primordiales tendrían una masa de unos 1012
kilogramos y se ha propuesto que se pudieron formar en los primeros momentos
del universo.
Seguidamente se valió de los
diagramas espacio-tiempo para demostrar cómo en presencia de grandes masas, el
espacio se curva de tal manera que nada puede abandonar un agujero negro. En
relación a estos definió el concepto de cono de luz, aquella región de espacio
en sentido de la cual fluye el tiempo y sobre la que podemos influir y saber
que ocurre. En presencia de grandes masas el espacio se curva y los conos de
luz se modifican, se inclinan hacia el objeto masivo, de manera que a mayor
masa, mayor
curvatura. Un observador
que estuviese fuera de éstos no vería nada, no tendría información acerca de lo
que se sucede en un agujero negro.
En el caso de que R se hiciese 0,
la curvatura del espacio sería tan grande que habría una singularidad, un punto
donde terminan el tiempo y el espacio. Ahí el agujero negro estaría
completamente vacío y se llegaría al límite de la física conocida. Esto también
supondría un nuevo concepto de masa, más allá del tradicional de cantidad de
materia: la masa sería una indicación del grado de curvatura del espacio, de modo
que se puede tener un campo gravitatorio intensísimo aunque el agujero negro
estuviese completamente vacío si la curvatura fuese suficiente.
El doctor Janssen señaló que si
alguien se acercara a un agujero negro, la información que recibiéramos de él, como
consecuencia de la curvatura del espacio,
tardaría tanto más en llegar a nosotros cuanto más próximo estuviese al
horizonte del agujero negro hasta que dejáramos de recibirla cuando lo
sobrepasase. Cuando cayese dentro del agujero negro, la diferencia de gravedad
que experimentaría sobre las distintas partes de su cuerpo haría que sufriese
un estiramiento tanto mayor cuanto más cerca estuviese de su centro. Por otro
lado, y dentro de un agujero negro, el tiempo fluiría radialmente hacia el
interior; no se podría evitar la singularidad.
¿Y si alguien quedase en reposo
por encima del horizonte del agujero negro? Se vería afectado por la radiación de
Hawking. Este concepto se explica asumiendo que el vacío se ha explicado como
una fluctuación de partículas y antipartículas virtuales que se crean y se
destruyen tanto dentro como fuera del agujero negro. Si esto sucediese en el
horizonte se podría dar la posibilidad de que una de las partículas cayese al
agujero mientras la otra se escaparía de él; el efecto sería como si el agujero
negro emitiese energía, lo que no es cierto, pero el agujero negro perdería
masa. Esta radiación de Hawking sería un proceso cuántico, donde se unirían la
relatividad y la mecánica cuántica.
Bert Janssen también explicó cómo
se pueden detectar los agujeros negros gracias a los efectos que causan en sus
alrededores. Cuando están próximos a una estrella absorben su materia, la cual,
cae girando a su alrededor calentándose y emitiendo radiación que es detectable.
Otro efecto es el que causan sobre las estrellas que orbitan a su alrededor;
estas siguen trayectorias aceleradas que únicamente se pueden explicar por la
presencia cercana de una gran masa. Una tercera posibilidad es la observación
de la distorsión que causan estas estructuras masivas sobre las imágenes que
nos llegan de galaxias lejanas, uno de cuyos mayores exponentes son los anillos
de Einstein, estructuras anulares luminosas que rodean a la imagen de esas galaxias.
Finalmente acabó resaltando todo
lo que aún no se conoce acerca de estas enigmáticas estructuras del Universo,
las cuales probablemente necesitarán de una nueva física para llegar a su
completo entendimiento.
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| Bert Janssen junto a algunos de los alumnos y alumnas asistentes a la conferencia |
