Cayendo en un agujero negro.

Creo que va siendo hora de publicar la segunda parte de la serie de artículos sobre agujeros negros. En el primero hablamos de lo que era un agujero negro. Vamos a ir ahora un poco más allá, vamos a acercarnos a uno porque, aunque no podamos verlo, de alguna forma podremos detectar que está ahí, espero, sino lo mismo caemos en uno sin darnos cuenta. Y vamos a caer en él, pero con premeditación y alevosía, para descubrir qué hay en su interior, ¿podremos hacerlo?

Agujeros Negros: GUÍA PRÁCTICA PARA COMPRENDERLOS.

Capítulo 2. Cayendo en un agujero negro.

Efectos observables de un agujero negro

Los  efectos que produce un agujero negro son tan extremos que pueden observarse sin tener que acercarse mucho, así que en nuestro viaje empezaremos a verlos bastante pronto.

La materia que es atraída hacia un agujero negro va cayendo hacia él girando en órbitas, cada vez más pequeñas, hasta que finalmente llegan a la última órbita estable, la última antes de desaparecer en su interior. Esta materia organizada en órbitas forman lo que se denomina el disco de acreción.

En un agujero negro giratorio no todo el material acaba engullido por él, sino que parte de la materia toma prestada energía rotacional del agujero y es eyectada en la misma dirección del eje de rotación. Estos chorros de material se llaman chorros de partículas o jets, y son chorros relativistas, es decir, están cerca de la velocidad de la luz, velocidad que ha necesitado la materia para escapar del campo gravitatorio. Esta materia, debido al calor, está en estado plasmático. Sin embargo hay algo más en juego que provoca y da forma a estos chorros: campos magnéticos generados por las cargas en movimiento de los gases ionizados. Las líneas del campo magnético también se ven afectadas por el campo gravitatorio, pero en su afán por escapar de él producen un campo helicoidal que acaba dando forma a los chorros de plasma y acelerándolos. Como resultado de esta aceleración las partículas emiten luz, por lo que estos chorros son verdaderos espectáculos cósmicos, mucho más grandes que las galaxias que los albergan, lo que  los hace fácilmente observables.

Por último, otro efecto destacable es el de los agujeros negros sobre estrellas cercanas. Existen sistemas binarios agujero negro-estrella, por ejemplo, en los  que se puede observar los efectos gravitatorios que tiene el agujero negro sobre su compañera, no sólo por el material que le absorbe, que formará gran parte de su disco de acreción, sino que también la luz que emite la estrella se curvará por el campo gravitatorio.

Estos tres efectos pueden observarse en la siguiente ilustración:

Sistema binario agujero negro-estrella. Puede observarse el efecto del agujero negro sobre la estrella, su disco de acreción y los jets. (Imagen: ESA 2002/Medialab)

Cayendo en un agujero negro

Para estudiar qué ocurre en las inmediaciones de un agujero negro, tenemos que tirar de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Para ello es interesante contrastar las experiencias de dos observadores, así que no podemos hacer el viaje solos, si yo me tiro voluntariamente al agujero, tú al menos observa en la distancia y cuenta mi hazaña allá donde vayas.

Conforme el valiente voluntario, osea yo, se acerca al agujero negro, su tiempo discurre más lentamente, aunque él no lo perciba, por lo que se mueve cada vez con menos velocidad, o al menos eso es lo que ve el observador. Nuestro intrépido amigo no nota diferencia ni en su tiempo ni en su velocidad. Por el contrario ve como el resto del universo, incluido el observador, se mueve más rápidamente. Finalmente el observador ve como su compañero llega al horizonte del agujero negro, momento en el cual el tiempo se detiene (desde el punto de vista del observador, ojo), por lo que lo verá  suspendido en el horizonte eternamente.

Qué ocurre en su interior

Sin embargo, el astronauta ha seguido cayendo (menos mal que no me mareo), para él el tiempo no se ha parado, y una vez que atraviesa el horizonte verá toda la luz atrapada en el interior del agujero negro. Será atraído hacia el centro mismo del agujero negro, hacia donde se encuentra la singularidad: el tiempo se detiene, el espacio ya no existe y la densidad es infinita.

La forma más fácil de imaginarse un agujero negro es verlo como un embudo, donde su curvatura es la curvatura del espacio-tiempo y cuanto más dentro estamos, mas grande es esta, es decir, tiende a infinito. Esto se explica por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que dice que un campo gravitatorio curva el espacio-tiempo, es decir, que si la gravedad es infinita, la curvatura también lo es.

Durante la caída por el embudo, el astronauta sufrirá un efecto conocido como espaguetización (bastante gráfico) por efecto de las fuerzas de marea. Estas fuerzas de marea se deben a que la fuerza gravitatoria depende de la distancia y si el objeto tiene un cierto tamaño no se verá afectado por la misma fuerza desde un extremo a otro. De esta forma el astronauta verá alterado su cuerpo, pero sin cambiar de volumen. Su cuerpo se alargará hasta el infinito, por lo que su ancho disminuirá hasta tender a 0, luego se convertirá en un fino hilo o “espagueti”.

Espaguetización: demostración gráfica. Imagen extraída de Los agujeros negros, de la colección Un paseo por el Cosmos

Finalmente, en el fondo del embudo se encuentra la singularidad donde no se sabe a ciencia cierta qué ocurre, me he tirado para nada. Porque lo que veo (con mi ojo espaquetizado) es algo que no tiene sentido: es algo tan minúsculo que sólo puede ser estudiado con mecánica cuántica, pero a la vez es tan masivo que tengo que usar la teoría de la relatividad. La unificación de la mecánica cuántica y la gravedad de Einstein en una Teoría Cuántica de la Gravedad es una investigación en desarrollo.

¿Te ha gustado el paseo? Claro como tú te has quedado fuera y tienes tu forma normal… A ver ahora cómo revierto yo la espaguetización 😛

Próximamente continuaré colgando capítulos de esta guía, por ahora voy a añadir la bibliografía y webgrafía en la que me basé, que no está bien no citar las fuentes.

Agujeros Negros: GUÍA PRÁCTICA PARA COMPRENDERLOS.

Capítulo 1. Agujeros Negros: GUÍA PRÁCTICA PARA COMPRENDERLOS.

Capítulo 2. Cayendo en un agujero negro.

Capítulo 3. Formación de un agujero negro estelar.

Capítulo 4. Agujeros negros supermasivos y SgrA*.

Capítulo 5. Muerte de un agujero negro.

*Consultar bibliografía y webgrafía en el capítulo 1.