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• Diego Azuara

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Comunicación Oral y Escrita. Artículo de divulgación científica: Agujeros negros.

Maestra: Mayeli Sánchez Olalde.

Alumnos: Diego Azuara Bárcenas 5074 Roberto Ramses Mendoza Camacho 5065 Grupo: IAM-32B

Querétaro, Qro. a 29 de noviembre de 2017

El espacio es el centro de atención de muchas personas ya que es inmenso y guarda muchas cosas que aún no entendemos. Conocemos de él más que una parte, una parte tan pequeña que no nos permite comprender su funcionamiento; la búsqueda o explicación de fenómenos en el espacio son temas que nos muestran las grandes cosas que suceden en el universo. Este artículo tiene el propósito de obtener más conocimientos acerca de los agujeros negros. Los agujeros negros son grandes fenómenos donde una estrella muere y esta provoca una gran detonación que produce una succión de todo a su alrededor; fenómenos que han cautivado a grandes científicos quienes a lo largo de la historia han teorizado lo que resulta en increíbles explicaciones que salen de nuestra comprensión. ¿Qué tan grandes pueden ser los agujeros negros? Hay varios tipos de agujeros negros, y tanto su tamaño como su masa determinan que clase de agujero negro es, hay 3 tipos principales de agujeros negros.   

Agujeros negros primordiales: este tipo de agujero negro es tan pequeño como un solo átomo y que pudieron ser creados instantes después del “Big Bang”. Agujeros negros estelares: son los más comunes, su masa puede llegar a ser 33 veces mayor a la del sol. Agujeros negros supermasivos: llegan a tener la masa de un millón hasta decenas de miles de millones de soles, y su tamaño es aproximado al del sistema solar.

A pesar de que éstos colosales objetos no podemos observarlos debido a que no permiten que la luz escape de ellos, sabemos que existen debido a los efectos que tienen sobre estrellas y gases que están a su alrededor. Se desconoce muchas cosas de los agujeros negros, algo de lo que estamos seguros es que su poder gravitacional y su masa son inmensas en comparación a su tamaño.

¿Puede algo salir de un agujero negro? Recientemente La NASA reportó el avistamiento de un pulso de energía gigantesco saliendo de un hoyo negro. Se captó una gran llamarada saliendo del agujero negro supermasivo llamado Mrk 335, que está ubicado a 325 millones de años luz de la Tierra. (Clavin, 2015) "Si caes en un agujero negro, no te rindas. Hay una salida -dijo Hawking en una conferencia en Estocolmo, Suecia-. Los agujeros negros no son tan negros como se pinta, no son prisiones como se creía eternamente. Las cosas pueden salir de un agujero negro al exterior y, posiblemente, lo hagan en otro universo". Los objetos que caen en un agujero negro pueden quedar almacenados sobre sus límites, en esas fronteras del espacio de las cuales supuestamente ninguna partícula puede salir, incluyendo la luz. Según Stephen Hawking, los humanos no desaparecerían al caer en un agujero negro, sino que permanecerían como un "holograma" en el borde o "caerían en otro lugar". En 1974 Hawking describió como los agujeros negros emitirían radiación, pero que se terminaría evaporando y la información sobre cada partícula desaparecería. Treinta años después aseguró que los agujeros negros no absorben todo, sino que dejan escapar algunas radiaciones. Esta radiación se conoce como la radiación de Hawking: es un tipo de radiación producida en el horizonte de eventos de un agujero negro y es posible debido a los principios cuánticos. El espacio que rodea el agujero negro no puede estar vacío, ya que con base en el estado fundamental o energía del punto cero (estado de energía más bajo), hasta en el vacío aparente debe haber ciertas variaciones cuánticas del campo electromagnético. Como el valor del campo corresponde a su posición y su cambio respecto del tiempo es la velocidad, ambos valores no pueden tener un valor cero, porque significaría que serían conocidos con precisión al mismo tiempo, lo cual sería una violación del principio de incertidumbre.(Resnick)

Según Hawking, el horizonte de eventos de un agujero negro corresponde a los caminos de los rayos luminosos que permanecen orbitándolo, los cuales no pueden entrar ni escapar del mismo. El área de un agujero negro está conformada por todos estos “caminos”. Hawking se dio cuenta que el área de estos objetos se parecía a una propiedad termodinámica llamada entropía [1]. (Hawking, El Unvierso en una Cáscara de Nuez, 2001) Según la segunda ley de la termodinámica, la entropía al igual que la energía interna, se encuentran dentro de los objetos. Si se le agrega calor a un cuerpo aumenta la entropía y si se le extrae calor disminuye la entropía. Esta ley también establece que los procesos naturales van en una dirección que incrementa la entropía total del universo. Esto es, todas las cosas se desordenan más a no ser que se haga algo para mantenerlas ordenadas. (Carvajal, 2014) Volviendo a un agujero negro, considerando que el horizonte de eventos es la entropía del agujero negro, entonces esto indica que, si un objeto tiene entropía, tiene temperatura y todo cuerpo con temperatura debe radiar energía. Entonces se origina la cuestión de cómo un agujero negro emite energía si se supone que su gravedad no permite escapar ni siquiera la luz. Hawking llegó a la conclusión de que la materia toma prestada energía del espacio creándose de la nada, pares de partículas-antipartículas. Cuando se crean estas partículas-antipartículas, se separan y se vuelven a juntar eliminándose. Pero en muchos casos aparecen un par de partícula-antipartícula separándose y una de ellas cruza el horizonte de eventos quedando atrapada en el agujero negro entonces la otra partícula o antipartícula, al quedar sola, tiene que buscar a su gemela para eliminarse con ella. De esta forma el agujero negro deberá perder energía para compensar la creación de las dos partículas que separó, la cual corresponde a la radiación de Hawking. Así pues, un agujero negro va perdiendo masa a un ritmo inversamente proporcional a ésta, es decir, entre menos masa tiene un agujero negro, más rápido desaparecerá. (Hawking, El Unvierso en una Cáscara de Nuez, 2001) Los agujeros negros y el espacio-tiempo: La teoría de la relatividad de Einstein nos dice que el tiempo y el espacio están íntimamente conectados. El tiempo transcurre en forma diferente para los observadores que se mueven en forma relativa uno respecto de otro. El tiempo es relativo, la velocidad de la luz es absoluta. Esto parece estar en contra de nuestra intuición, ya que nosotros generalmente viajamos a velocidades mucho más pequeñas que la velocidad de la luz y no medimos el tiempo en forma muy precisa. Por esta razón no nos damos cuenta de que este fenómeno ocurre. Este efecto puede verse todo el tiempo en los aceleradores de partículas. Las partículas viven mucho más tiempo cuando se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz; el espacio y el tiempo se unen en un único concepto: espacio-tiempo. Einstein se dio cuenta de que la teoría de Newton no era compatible con la relatividad especial ya que, en la teoría de Newton, la fuerza gravitatoria se propaga instantáneamente. En 1915, Einstein resolvió este problema incorporando naturalmente el principio de equivalencia. La llamó a esta teoría: Relatividad General. Propuso que la gravedad se debe a la curvatura del espacio-tiempo. Las partículas en un espacio-tiempo curvo siguen las líneas más cortas. Dos líneas que inicialmente son paralelas en un espacio curvo podrían luego acercarse unas a otras. La forma del espacio-tiempo depende de la materia que se mueve sobre él. La relatividad general implica que el transcurso del tiempo depende del campo gravitatorio. En particular, esto significa que el tiempo cercano a un objeto masivo transcurre más lentamente que el tiempo más alejado.

Según la relatividad general, la gravitación modifica intensamente el espacio y el tiempo en las proximidades de un agujero negro. Cuando un observador se acerca al horizonte de sucesos desde el exterior, el tiempo se retrasa con relación al de un observador a distancia, deteniéndose completamente en el horizonte; se sostiene que para la materia que está acercándose al horizonte de sucesos el tiempo transcurre cayendo al agujero negro. Gracias a lo visto anteriormente podemos llegar a uno de los conceptos relacionados con agujeros negros más fascinantes que existen, pero no por eso deja de ser posible; un concepto que se ha manejado mucho en las películas de ficción y que es una de las alternativas más viables para el viaje interestelar: los agujeros de gusano. Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos puntos del espacio-tiempo, o dos Universos paralelos. Un ejemplo bastante sencillo y útil para comprender qué es un agujero de gusano es el siguiente: Imagina una hoja de papel en la cual cerca de una de sus orillas marcas un punto A, y en la orilla contraria un punto B. Imagina que quieres viajar del punto A al punto B, y eso te tomara un cierto tiempo. Ahora si doblas la hoja uniendo los puntos A y B y atraviesas esos puntos con un lápiz llegarás mucho más rápido. En el universo, eso sería un agujero de gusano, es decir lo que te permitiría acortar esos tiempos y distancias. Se les llama así porque se asemejan a un gusano que atraviesa una manzana por dentro para llegar al otro extremo, en vez de recorrerla por fuera. Nunca se ha visto uno y no está demostrado que existan, aunque matemáticamente son posibles. Einstein y Rosen plantearon esta teoría al estudiar lo que ocurría en el interior de un agujero negro. Por eso se llaman también Puente de Einstein-Rosen. Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros de gusano pueden existir. Tienen una entrada y una salida en puntos distintos del espacio o del tiempo. El túnel que los conecta está en el hiperespacio, que es una dimensión producida por una distorsión del tiempo y la gravedad. (Einstein & Rosen, 1935) El primer científico en advertir de la existencia de agujeros de gusano fue el austríaco Ludwig Flamm, en 1916. (Mastin, s.f.) La teoría del agujero de gusano es una “actualización” de la teoría de una cuarta dimensión espacial que abreviara las distancias y, de esa manera, los tiempos de viaje. En la actualidad, la teoría de cuerdas admite la existencia de más de tres dimensiones espaciales. Un agujero de gusano es una conexión entre dos agujeros negros, la materia que entra por un agujero negro sale por un agujero blanco. En la actualidad esta teoría carece de sustento pues no hay prueba que afirme su existencia, sin embargo, como fue mencionado anteriormente, su existencia es matemáticamente posible gracias a la teoría de la relatividad. Sin duda alguna este es un tema fascinante pero demasiado extenso, hay muchos aspectos que faltan por cubrir, pero este artículo se extendería demasiado. Podemos concluir que los agujeros negros son un fenómeno aun difícil de concebir puesto 9que rompen las reglas del espacio-tiempo que actualmente conocemos y lo cuál ha generado un mayor interés para la humanidad el explicar este fenómeno pues puede cambiar totalmente las leyes de la física y astronomía que conocemos y el poder comprenderlos sería una revolución total para la astronomía y la exploración espacial. Si bien lo que actualmente se conoce acerca de los agujeros negros es muy poco y hasta ahora lo único que se han desarrollado son teorías de todo tipo que logran satisfacer pocas preguntas, son un fenómeno totalmente sorprendente que logra despertar la imaginación de más de uno. Es un tema que no ha sido dejado de estudiar pues con el tiempo la tecnología aumenta y con ello aumenta la posibilidad de conocer un poco más acerca de estos cuerpos, pero, sobre todo, conocer más sobre nuestro asombroso universo.

Referencias: Hawking, S. (2015). El universo en una cáscara de nuez. (1ª ed.). México: Editorial Booket. Hawking, S. (2015). El gran diseño. (1ª ed.). México: Editorial Booket. Carvajal. A. (2013). Física I. (2ª ed.). México: McGraw Hill. Clavin, W. (2015, 31 de marzo). “Black hole has major flare”. Consultado el 25 de noviembre del 2017 de https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4753 Einstein, A. & Rosen, N. (1935). –“The particle problem in the general theory of relativity”. American Physical Society.