Agujeros negros Schwarzschild
Estoy seguro de que sabe que Albert Einstein y Stephen Hawking son dos de los físicos del siglo XX más famosos del mundo. También por una buena razón. A Einstein se le ocurrió una teoría del espacio y el tiempo que se conoce como la teoría general de la relatividad. En esencia, consideró los dos conceptos de espacio y tiempo como uno, espacio-tiempo y gravedad como una curvatura del espacio-tiempo.
El astrónomo Karl Schwarzschild luego utilizó esta información para describir un agujero negro eléctricamente neutro y no giratorio, conocido como agujero negro de Schwarzschild . Hawking y Roy Kerr usaron matemáticas aún más avanzadas para describir los agujeros negros rotativos y cargados, pero para simplificar las cosas, pretendemos que todos los agujeros negros son en realidad agujeros negros de Schwarzschild y usaremos sus conceptos para describir el horizonte de eventos, el radio de Schwarzschild, y sus implicaciones.
Agujeros negros: una breve reseña
En caso de que se haya perdido la lección que define los agujeros negros y la singularidad, repasaré brevemente todo. Además, un repaso nunca está de más, incluso si viste esa lección. Un agujero negro es una región esférica o volumen de espacio que tiene, en su centro, la singularidad. Una singularidad es un objeto, una masa, que una vez fue una estrella gigantesca que colapsó su materia en un punto de radio cero y densidad infinita.
El agujero negro también puede verse como un campo gravitacional extremadamente fuerte. Debido a esto, la velocidad de escape es tan alta que ni siquiera la luz puede escapar de un agujero negro. Y como nada puede viajar más rápido que la velocidad del vuelo, nada más puede escapar tampoco. Por lo tanto, nunca se puede recibir información sobre la singularidad o el espacio que la rodea, ya que no emite luz y, por lo tanto, esa región del espacio se denomina agujero negro.
El horizonte de eventos y el radio de Schwarzschild
Rodeando el agujero negro hay algo llamado horizonte de eventos , el límite entre el agujero negro y el resto del universo donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Nada de lo que ocurre dentro del horizonte de eventos es visible para nosotros.
El horizonte de sucesos es como el borde de un pozo negro, oscuro y muy profundo. Si lo cruzas, te caes y te vas. Por supuesto, en el espacio, el horizonte de sucesos no es algo físico que se pueda tocar; es solo una región del espacio. La distancia desde el centro de un agujero negro no giratorio hasta el horizonte de eventos se conoce como radio de Schwarzschild . Esto es como tomar una regla y medir la distancia desde el borde del pozo oscuro hasta su centro. El radio de Schwarzschild depende solo de la masa del objeto que crea el agujero negro.
Entonces, supongamos que nuestro profundo y oscuro pozo fue hecho por una roca realmente pesada que se hundió profundamente en la tierra. Una roca pequeña se hunde y crea un pozo con un radio pequeño, pero, lógicamente, una roca grande se hunde y crea un pozo grande con un radio grande. La tierra tiene un radio de Schwarzschild de un centímetro. Esto significa que si la Tierra se redujera a un radio de menos de un centímetro, se convertiría en un agujero negro. Pero eso no es posible; La Tierra no puede colapsar a un tamaño tan pequeño porque su estructura de apoyo de roca y metal es lo suficientemente fuerte como para soportar su propio peso.
Pero las estrellas cuyos núcleos estelares tienen más de tres masas solares son lo suficientemente grandes como para colapsar en un agujero negro porque no hay fuerza que pueda sostener su propio peso. A medida que las estrellas más masivas colapsan, eventualmente se encogen dentro de su propio radio de Schwarzschild, dando lugar a un agujero negro y desaparecen de la vista para siempre. A partir de entonces, presumiblemente contraen toda su materia en la singularidad.
Agujeros negros y gravedad
Existe una noción engañosa sobre los agujeros negros de que todo lo que ha aprendido hasta ahora le ayudará a disiparse. La idea errónea es la siguiente: dado que el agujero negro es un campo gravitacional muy fuerte, tan fuerte que ni siquiera las partículas de luz extremadamente rápidas pueden escapar de él (y, por lo tanto, tampoco ninguna materia), entonces el agujero negro eventualmente succionará el todo el universo y todos estaremos muertos. Es como ver un agujero negro como una aspiradora realmente potente.
No tan rápido: un agujero negro, como ya he dicho hasta la saciedad , puede verse simplemente como el campo gravitacional de un cierto radio. El tamaño del agujero negro está determinado por la masa de la singularidad. Cuanto mayor sea la masa de la singularidad, mayor será el radio de Schwarzschild. Pero el campo gravitacional no es más fuerte que el de otro objeto celeste de la misma masa. Mírelo de esta manera: si nuestro sol se convirtiera de repente en un agujero negro de la misma masa exacta, nada cambiaría. Las órbitas de los planetas no cambiarían; por lo tanto, el universo entero tampoco sería absorbido.
Además, siempre que viajara lo suficientemente lejos con su nave espacial, tampoco sería absorbido. Puedes viajar alrededor del agujero negro sin demasiado peligro. Pero si un error del piloto hace que su nave espacial cruce el horizonte de eventos, entonces no hay absolutamente nada que pueda hacer para salvarse y caerá en la singularidad. Esto se debe a que el campo gravitacional se vuelve tremendamente fuerte solo una vez que te acercas al horizonte de eventos. En general, debe comprender que a una distancia lo suficientemente lejos del agujero negro, su gravedad no es mayor que la de un objeto que tiene una masa similar, tan simple como eso.
Resumen de la lección
Un agujero negro eléctricamente neutro y no giratorio, conocido como agujero negro de Schwarzschild , fue lo que cubrimos en esta lección con respecto al horizonte de eventos, el radio de Schwarzschild y sus implicaciones en la atracción gravitacional. El horizonte de eventos es el límite entre el agujero negro y el resto del universo, donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Nada de lo que ocurre dentro del horizonte de eventos es visible para nosotros.
La distancia desde el centro de un agujero negro no giratorio hasta el horizonte de eventos se conoce como radio de Schwarzschild . El radio de Schwarzschild depende solo de la masa del objeto, es decir, cuanto mayor es la masa, mayor es el radio de Schwarzschild. Igual de importante, es necesario comprender que a una distancia lo suficientemente lejos del agujero negro, su gravedad no es mayor que la de un objeto que tiene una masa similar.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya terminado con esta lección, debería poder:
- Recuerda lo que son un agujero negro y una singularidad
- Definir el horizonte de eventos y el radio de Schwarzschild
- Explique por qué la Tierra no puede convertirse en un agujero negro, pero las estrellas masivas sí
- Discutir la fuerza gravitacional de un agujero negro.
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