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Por Miguel Angel Sabadell

M.A.Sabadell
es doctor en Física, especializado en Física Teórica. Colabora como divulgador
científico en diversos medios de comunicación.
 
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Viaje al interior de un agujero negro
(I Parte)
13-10-99
 
Si arrojamos hacia arriba una piedra ésta acabará por caer. Si lo hacemos con más fuerza, llegará más alto...y caerá de nuevo. Sin embargo, si lanzamos la piedra con un velocidad de once kilómetros por segundo, unos cuarenta mil kilómetros por hora, no volverá a bajar nunca. La gravedad terrestre no es lo suficientemente intensa como para detenerla. A esta velocidad se la llama velocidad de escape. Desde la Luna sólo necesitaríamos impulsarla a nueve mil kilómetros por hora, pero desde el Sol tendríamos que hacerlo ¡a más de dos millones de kilómetros por hora! Demasiado para nuestros débiles brazos, pero no imposible para nuestra tecnología. De hecho, las sondas Voyager y Pioneer viajan a esa velocidad rumbo a las estrellas.

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Forzando un poco la imaginación podríamos preguntarnos si existen cuerpos cuya velocidad de escape sea un poco mayor de trescientos mil kilómetros por segundo. En tal caso la luz, que viaja a esa velocidad, no podría salir y dichos cuerpos serían invisibles a nuestros ojos. Esta simple descripción de un agujero negro es válida en una primera aproximación, pero no tiene la riqueza que en realidad posee. Para apreciarla debemos utilizar la teoría de la gravitación desarrollada por Albert Einstein en 1915: la Teoría General de la Relatividad.

La gravedad

Aunque Isaac Newton la describió en 1687, su verdadera naturaleza era totalmente desconocida hasta la llegada de la Relatividad General. Para Einstein la gravedad no es otra cosa que la curvatura del espacio (más propiamente del espacio-tiempo) provocada por la presencia de cuerpos con masa. La siguiente analogía puede servirnos para entender la extraordinaria propuesta del físico alemán. Imaginemos una cama elástica; si no hay nada encima de ella, su forma (geometría) es totalmente plana, sin deformaciones. Coloquemos ahora una bola de hierro en su centro; la superficie elástica se deformarí (su geometría habrá cambiado) formando una especie de hoyo en cuyo centro se situará dicha esfera. Desde uno de los extremos de la cama lancemos una canica. Al encontrarse con la distorsión caerá siguiendo la pendiente o, si llega algo desplazada, describirá una trayectoria curva, una órbita. Sustituyendo la cama elástica por el espacio, la esfera de hierro por una estrella y la canica por una sonda, meteorito o planeta obtenemos una excelente imagen de lo que es la gravedad.

Siguiendo con nuestra analogía, es evidente que una esfera de plomo producirá una deformación mayor que una esfera de madera de igual tamaño. Por tanto, cuanto más compacta y masiva sea una estrella mayor será la distorsión del espacio y, por tanto, la gravedad será más intensa. John Archibald Wheeler ha sido quien mejor ha sintetizado el significado de la Teoría General de la Relatividad: "El espacio dice a la materia cómo debe moverse; la materia dice al espacio cómo debe curvarse."

La fascinante teoría einsteniana nos descubre un mundo donde la estructura del espacio está íntimamente relacionada con la materia. Y lo más asombroso es que esta misma teoría permite a la materia modificar sustancialmente, y quizá de manera irreversible, la forma del espacio hasta el límite mismo de su existencia: si los agujeros negros son reales, su presencia significa el fin del espacio y del tiempo, un camino de escape del universo hacia lo desconocido.

Aislado del universo

El primero en señalar que algo raro podía ocurrir cerca de un cuerpo cuya masa estuviera concentrada en un volumen muy pequeño fue el astrónomo alemán Karl Schwarzschild, director del observatorio de Postdam. Schawrzschild demostró que la gravedad en torno a él sería tan intensa que quedaría separado, aislado, del resto del Universo. Nada de lo que pudiera acontecer en su interior sería visto, oído o conocido por ningún observador exterior. Acababa de nacer el concepto de agujero negro.

Para entenderlo volvamos a nuestro símil de la cama elástica. Reemplacemos la bola de hierro por una diminuta esfera del tamaño de la cabeza de un alfiler con un peso superior a dos docenas de elefantes. La curvatura provocada será tan fuerte que tendrá el aspecto de un embudo. La superficie elástica en las proximidades de la bolita es vertical y cualquier objeto que se precipite en su interior se perderá irremisiblemente. Esta descripción se aproxima bastante al tipo de objeto descrito por Schwarzschild, bautizado con el nombre de agujero negro por John Wheeler cincuenta años después.

¿Pueden existir cuerpos tan extraños en el universo? La respuesta es complicada y, aunque no está muy claro, la mayoría de los astrofísicos piensan que tales especulaciones teóricas son reales. El motivo para ello es que los físicos son incapaces de encontrar una fuerza capaz de detener el colapso gravitatorio de un objeto cuya masa sea superior a cuatro veces la masa del Sol, como demostraron Robert Oppenheimer y Hartland Snider en 1939. Desde entonces la búsqueda de los agujeros negros ha sido uno de los objetivos de la astrofísica y en la actualidad existen una serie de candidatos merecedores de tal nombre.

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Más información:

Agujeros negros

. Einstein , autor de la Teoría General de la Relatividad.

 

"Cuanto más

compacta y masiva

sea una estrella,

mayor será

la distorsión

del espacio"

 

. ¿Es posible un cuerpo de masa concentradísma?

 

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