sábado, 20 de julio del 2019 Fecha
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¿Qué puede existir dentro de un agujero Negro?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (1)

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Nuestro contertulio y amigo Kike, en uno de sus comentarios nos viene a comunicar la noticia que ha dado algún medio sobre un hecho insólito: “Un científico dice haber demostrado que dentro de los agujeros negros se forman grandes cantidades de estrellas”. La Incredulidad fue lo primero que sentí cuando leí tal cosa.

 

 

Representación gráfica del agujero negro GRO J1655-40, en el Sistema Solar

 

Si pensamos un poco en el interior de los agujeros negros, encontramos un lugar en el que, los físicos, han machacado sus sesos luchando con las ecuaciones de einstein de la  Relatividad General, para buscar el secreto mejor guardado del Universo, ya que, nada que haya entrado en uno de estos exóticos objetos ha podido nunca salir para contarnos lo que allí pueda existir. Unos creen que podríamos encontrar un camino hacia otro universo y, lo más probable es que encontremos una singularidad con gravedad de marea infinita. Es decir, el fin del espacio y del tiempo, el nacimiento de la espuma cuántica.

 

 

 

Resultado de imagen de Espuma cuántica

 

“Recientemente, a partir de la observación del comportamiento de los fotones procedentes de los rayos cósmicos, se han obtenido límites para la granularidad del espacio-tiempo, y se ha encontrado que en escalas en las que ya deberían observarse trazas de la espuma cuántica, éste se muestra completamente suave. A la espera de más resultados de este tipo, pues aún son preliminares, surgen preguntas apasionantes. ¿De confirmarse la suavidad del espacio-tiempo implicaría que la mecánica cuántica no se aplica a los campos gravitatorios? ¿Es la escala de Planck inadecuada para resolver la espuma cuántica, y por qué es así, pues la deducción se basa en principios fundamentales bien establecidos? ¿Qué falla entonces en nuestros modelos?

 

No sabemos en realidad lo que puede existir dentro de un agujero Negro. ¿cómo poder saberlo? sabemos que ninguna señal puede salir nunca de un lugar como ese para poder darnos la respuesta. sea lo que fuese que pudiera existir allí dentro, nunca podrá, ningún intrépido viajero,  volver al exterior para contarnos tal maravilla, un lugar de infinita curvatura y densidad, allí donde el tiempo deja de existir, un lugar que lo que pueda contener nunca podrá influir en nuestro Universo, toda vez que allí estará confinido para siempre.

 

 

 

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Está claro que la curiosidad que llevamos con nosotros, no puede quedar satisfecha con éstas sencilla explicaciones, necesita más argumentación para poder comprender, a ciencia cierta, lo que en el agujero negro se pueda esconder. sin embargo, John archibal wheeler nos enseñó la importancia de la búsqueda para comprender el “corazón” de un agujero Negro.  Él creía  que el estado final de la materia dentro del agujero Negro, lo que quedaba después de la Implosión de una estrella masiva, era el “Santo Grial” de la física teórica, un conocimiento tan valioso que nos podría llevar a la comprensión final de lo que la materia es.

 

 

Intenso campo magnético de agujero negro supermasivo

 

 

Astrónomos de la Universidad Tecnológica Chalmers han utilizado el telescopio gigante Alma para revelar un extremadamente poderoso campo magnético muy cerca de un agujero negro supermasivo en una galaxia distante. Los resultados aparecen en la edición del 17 de abril de 2015 de la revista Science.
Claro que hablar de agujeros negros sería incomprensible sin escuchar lo que nos decía sobre ellos algunos físicos que dedicaron su vida al estudio de estos extraños objetos cosmológicos. J. Robert Oppenheimer fue el que nos dijo que la singularidad quedaba oculta por el Horizonte de suscesos, y, de esa manera, el interior del agujero quedaba oculto desde el exterior.
Representación de una estrella, el chorro de materia que va hacia el agujero negro y el disco que se forma en torno a este
Lo cierto es que, de lo que no podemos tener ninguna duda es del hecho cierto de que, la fuerza gravitatoria generada por la Singularidad del agujero negro, es tan potente que atrae hacia sí el material circundante que engulle y se hace cada vez mayor.
Está claro que cuando hablamos de los agujeros negros lo hacemos de algo que aún esconde muchos misterios, lo que sucede cuando se forma un agujero negro es muy semejante a lo que dicen que sería el final del universo mediante el Big Crunch, es decir, todo el material de una estrella masiva al final de su vida, al quedar sin material nuclear de fusión que está agotado, se queda a merced de la gravedad e implosiona sobre sí misma, de manera tal que su ingente masa se va contrayendo más y más hasta el punto de que desaparece literalmente de nuestra vista, se ha convertido en una singularidad de energía y densidad infinitas, la curvatura cierra el círculo y el tiempo desaparece.
“Para conservar la “monogamia” cuántica, Polchinski sugirió que el enlazamiento agujero negro-fotón se rompe. Esto produce un muro de energía en el horizonte de sucesos del agujero negro que echa por tierra la relatividad debido a que cualquiera que caiga se quemaría en lugar de volverse espagueti. Bienvenido a la paradoja del muro de fuego (“firewall”) del agujero negro.

Abundan las posibles soluciones, pero ahora dos físicos, Juan Maldacena del Instituto de Estudio Avanzado en Princeton, y Leonard Susskind de la Universidad Stanford, California, han presentado una más audaz: una nueva clase de agujero de gusano en que el enlazamiento no necesita romperse. “
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Cuando la estrella Implosiona bajo el peso de su propia masa y la fuerza gravitatoria que ésta genera, se crea un horizonte de sucesos alrededor del agujero negro en formación, la estrella esférica original sigue implosionando, inexorablemente, hasta alcanzar la densidad infinita y el volumen cero, después de lo cual crea y se funde en una singularidad espacio-temporal.
La singularidad es una región donde -según las leyes de la relatividad- la curvatura del espacio-tiempo se hace infinitamente grande y el espacio-tiempo deja de existir. Puesto que la gravedad de marea es una manifestación de la curvatura espacio-temporal. Así, podemos decir que una singularidad es también una región de gravedad de marea infinita, es decir, una región en donde la gravedad ejerce un tirón infinito sobre todos los objetos a lo largo de algunas direcciones y una compresión infinita a lo largo de otras.
Después de estas sencillas explicaciones, mal podemos comprender lo que dice el científico del que nos habla Kike en su comentario ¡formar estrellas en el interior de un agujero negro! La idiosincrasia del agujero lo impide.
Me gustaría seguir y hacer mucho más largo el trabajo sobre el apasionante tema de los agujeros negros y lo que de ellos podemos esperar pero, sinceramente creo que, encontrar en su interior cúmulos de estrellas… No parece lo más acertado.
emilio silvera

El Universo asombroso

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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Dos cúmulos de galaxias están a punto de chocar.

 

Por primera vez en la historia de los astrónomos han  podido observar cómo dos enermoes cúmulos de galaxias están a punto de fusionars. ¿Imaginaís la que se puede formar?

 

 

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En el Universo, todo lo que vemos y lo que no, forma parte de estructuras cada vez mayores. Las estrellas se juntan en galaxias, las galaxias en pequeños grupos, los grupos en cúmulos, después en supercúmulos; y hasta los supercúmulos, con miles de miembros cada uno, se unen para formar continentes galácticos como Laniakea, al que nosotros pertenecemos.Ahora, por primera vez en la historia, un equipo de astrónomos ha conseguido observar cómo dos enormes cúmulos de galaxias están a punto de chocar. Nadie hasta ahora había podido ver algo parecido, y la observación ha conseguido rellenar un importante hueco en el rompecabezas de nuestra comprensión sobre cómo se forman las estructuras más grandes del Universo. El impresionante hallazgo se acaba de publicar en «Nature Astronomy».

Nota de Prensa.

Sucesos del pasado – Noticias de Prensa

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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El Hubble ha estado 25 años observando los efectos de la gran explosión ocurrida hace más de un siglo en Eta Carinae

El Hubble ha estado 25 años observando los efectos de la gran explosión ocurrida hace más de un siglo en Eta Carinae - ESA/Hubble

El Hubble capta el “bombazo” que borró una estrella del cielo hace 170 años.

Astrónomos han observado la luz ultravioleta liberada por Eta Carinae, una estrella gigantesca que se convirtió en la segunda más brillante del cielo al estallar, pero que luego se desvaneció

 

 

 

Hace 170 años una estrella llamada Eta Carinae se convirtió en el segundo punto más brillante del cielo, solo por detrás deSirio A, gracias a un estallido que duró 18 años y que se conoce como Gran Erupción. Sin embargo, con el tiempo su luz se fue haciendo más tenue y llegó un momento en que se hizo difícil incluso poder verla con el ojo desnudo.

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El momento del “bombazo”

El interés de Eta Carinae, situada a 7.500 años luz, radica en que está formada por dos o tres estrellas que sufren impresionantes erupciones cada cierto tiempo. La Gran Erupción formó una nebulosa que oscurece su luz, y que se conoce como nebulosa del homúnculo (porque tiene forma de hombrecillo), pero hoy en día su luz nos sigue dando pistas sobre cómo viven las estrellas y qué ocurre con la materia en condiciones extremas. Recientemente, el vetusto telescopio espacial Hubble ha obtenido una imagen en el rango del ultravioleta que ha sorprendido a los astrónomos, porque les ha mostrado la presencia de capas de gas cuya existencia se desconocía, y que son importantes para entender este sistema estelar.

«Usamos el Hubble durante décadas para estudiar Eta Carinae en el rango de la luz visible e infrarroja», ha explicado en un comunicado Nathan Smith, investigador en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. «Pero esta nueva imagen en ultravioleta parece sorprendentemente distinta, y revela gas que no vimos en las imágenes anteriores».

 

 

 

 

Gracias a la potente cámara de campo ancho del Hubble, los científicos han observado los espectaculares fuegos artificiales procedentes de Eta Carinae. Según los investigadores, las nuevas capas de gasobservadas parecen haber sido expulsadas de la estrella justo antes de la Gran Erupción. Por eso, creen que este gas puede ayudar a comprender los orígenes de la impresionante erupción estelar. Y así poder sumergirnos en los vientos y terribles fuerzas que dan forma a las estrellas.

Antes de esta observación, sencillamente no se había visto esta masa. «Este material extra es rápido, y aumenta aún más la energía que tiene una explosión estelar que ya era potente», ha dicho Smith.

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Foto del Hubble tomada en 1995 de Eta Carinae. Los lóbulos se expanden con una velocidad de millones de kilómetros por hora - Jon Morse (University of Colorado) & NASA Hubble Space Telescope

Estudiar Eta Carinae es muy importante para los astrofísicos porque solo se ha observado algo comparable en un puñado de ocasiones, y nunca con tanta violencia.

Una estrella excepcional

 

 

Este objeto está formado por al menos dos estrellas. La más interesante es una azul variable, una estrella supergigante o incluso hipergigante que tienen un comportamiento impredecible y que de las que se conocen menos de veinte, en todo el Universo. Cada cierto tiempo, este tipo de estrellas sufren drásticos aumentos de su brillo y su espectro. Y, en ocasiones, experimentan enormes estallidos que a veces se confunden con supernovas. Dado su «temperamento» y su enorme masa, no sorprende que estas estrellas tengan vidas muy cortas, de solo millones de años, y que para los astrónomos sea posible ver cómo evolucionan incluso con el paso de las décadas.

La estrella azul variable de este objeto, a la que se conoce como Eta Carinae A, es excepcionalmente luminosa. Tiene una masa de 150 a 250 masas solares y eso que, durante la Gran Erupción, pudo perder hasta la tercera parte de su masa, generando la propia nebulosa del homúnculo. Parece que sus días acabarán en no mucho tiempo, en términos astronómicos, con una violentísima supernova, que podría ser incluso la más brillante observada en toda la historia.

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Junto a esta se encuentra Eta Carinae B, una estrella blanca-azulada más pequeña (de unas 30 a 80 masas solares) y extremadamente caliente.

Los extraños «hábitos» de Eta Carinae la llevaron a aumentar su brillo en 1837, hasta situarla por encima de Rigel, en un evento que los astrónomos llamaron Gran Erupción, y que se prolongó durante 18 años. Entre los 11 y 14 de marzo de 1843 la estrella se convirtió en la segunda más brillante del cielo. Después, su brillo declinó hasta desaparecer de la visión del ojo humano a partir de 1856.

Ya en 1892 volvió a aparecer en el cielo, antes de desvanecerse de nuevo. Desde 1940, su brillo ha ido aumentando hasta hacerla visible de nuevo… Sin duda esta peculiar estrella esconde secretos que los astrofísicos quieren investigar.

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                    Descubrimos nuevos mundos orbitan a enana roja

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                  Descubrimos nuevo mundo orbitando a estrella amarilla como el Sol

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     Descubrimos nuevos sistemas planetarios con mundos en zonas habitables

Los casi 4000 planetas descubiertos en unos 3000 sistemas planetarios presentan una extraordinaria variedad tanto en las propiedades de sus componentes (número y características de las estrellas y de los planetas que orbitan a su alrededor) como de su arquitectura (periodos orbitales). El siguiente paso en la exploración es la identificación de aquellos sistemas que incluyan planetas semejantes a la tierra situados en las zonas de habitabilidad. Sin embargo, el desafío va mucho más allá y nos abre nuevos interrogantes sobre la posibilidad de expansión humana, los hitos necesarios para convertirla en una realidad y la propia necesidad de este salto más allá de nuestro planeta.

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La diversidad de los sistemas planetarios

Un exoplaneta, o planeta extra solar, se caracteriza por orbitar alrededor de una estrella o remanente (bien un agujero negro, una estrella de neutrones o una enana blanca) y por no haber fusionado deuterio (o cualquier otro elemento, de manera que emite energía, esta no proviene de reacciones termonucleares) en ningún estadio de su evolución. Para una composición tipo solar, implica tener una masa inferior a 1.3 masas de Júpiter, unas 4131 veces la masa de la Tierra. La unión astronómica internacional estableció una definición más estricta en el caso del Sistema Solar en su asamblea general del año 2006, según la cual debe:

A) Orbitar alrededor del Sol;

B) Poseer suficiente masa como para que su propia gravedad domine la fuerzas presentes como cuerpo rigido, encontrarse en equilibrio hidrostático y, por tanto, adoptar una forma aproximadamente esférica:

C) Ser el objeto claramente dominante en su vecindad, habiendo limpiado su órbita. Hasta la fecha se han confirmado o validado casi 4000 en las proximidades del Sol.

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Nuestra galaxia, la Vía Láctea contiene unos 200.000 millones de estrellas y todas las incidencias apuntan a que la mayoría contienen planetas. De esta enorme cantidad de estrellas, una buena proporción son estrellas del tipo G2V mediana y amarilla, como nuestro Sol. Y muchas de ellas, estarán situadas de manera conveniente y a las distancias adecuadas de algún planeta que la orbite, de manera tal, que en dicho planeta existan las condiciones apropiadas para que la vida esté presente.

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La primera conclusión general que se puede extraer de los estudios estadísticos de planetas es que existe una impresionante e inesperada diversidad. A modo de ejemplos, se han identificado objetos que orbitan alrededor de tres estrellas, otros que tienen una atmósfera de compuestos metálicos, supertierras con estructuras internas similar a Mercurio, exoplanetas de tamaños menores que el benjamín del Sistema Solar, planetas que giran muy próximos a sus estrellas gigantes y que modifican su forma, e incluso que se han formado a partir del material proporcionado por la destrucción de una estrella y que giran alrededor de otra estrella de neutrones.

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Las estrellas de neutrones se forman cuando una estrella de 3/4 masas solares agota el combustible nuclear de fusión y se contrae sobre sí misma hasta degenerar los neutrones como consecuencia del Principio de Exclusión Pauli.

Un buen ejemplo es el caso del Sistema HD131399, se compone de una estrella más caliente que el Sol y un sistema binario con componentes más rojas y débiles.

Recreación artística del planeta HD 131399Ab alrededor de sus tres soles (ESO/L. Calçada/M. Kornmesser).

La estrella dominante identificada por la letra A tiene una temperatura superficial de 9130 ºC y una masa casi dos veces la del Sol. Las otras dos estrellas denominadas B y C y separadas entre sí por 10 unidades astronómicas (siendo una unidad astronómica la distancia media de la Tierra al Sol y equivale a 150 millones de kilómetros aproximadamente). Tienen temperaturas de 4620 ºC y 3187 ºC ambas estarían separadas de la componente principal A por una distancia de 300 unidades astronómicas. La componente A posee un planeta cuyo periodo orbital estaría entre 400 y 700 años terrestres, dado que la distancia que los separa es de unas 80 unidades astronómicas. En último caso, aún más exótico, se encuentra el púlsar PSR B1257+12 .

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Una estrella de neutrones, un estado que representa el final de estrellas más masivas que el Sol. A comienzos de la década de los 90 del siglo pasado se descubrieron varios planetas de masa similar a la Tierra que orbitaban a su alrededor, y que se habrían formado con el material resultante de la explosión de una supernova que dio lugar a la generación de la estrella de neutrones.

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El grial de la habitabilidad planetaria lo tenemos representado en nuestro Sistema Solar por el Sol y la Tierra. El Sol es un factor esencial en la habitabilidad de la Tierra, que recibe una media de 1 366W-m2 de radiación solar. Esta irradiación, entre otros factores, permite que el agua se encuentre en estado líquido, una condición que se asume que es indispensable para la actividad biológica, y resulta de la separación entre ambos astros. En los sistemas planetarios la zona de habitabilidad se define como el rango de distancias orbitales en donde un planeta podría contener agua líquida. Su tamaño y localización dependen de la masa de la estrella, su edad y su luminosidad. En cualquier caso, como ocurre con la Tierra, otras causas pueden ser determinantes, tanto endógenas (con posición del planeta, características atmosféricas, presencia de campo magnético y de actividad geológica) como exógenas (la posición del sistema en la galaxia, dado que la proximidad a estrellas masivas o al centro de la misma podrían ser letales, o la densidad local de estrellas, indispensable para la estabilidad del sistema). Mercurio y Venus no son adecuados debido esencialmente a las altas temperaturas, mientras que a Marte le ocurre lo contrario, además de que solo tiene campos magnéticos locales.

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El papel de la actividad geológica, desde su punto de vista astrobiológico, se ha visto enfatizado recientemente. La emisión de hidrógeno, dióxido de carbono y agua por los volcanes podría aumentar un 30-60 % la zona de habitabilidad, debido a un efecto invernadero. El mecanismo exige una actividad volcánica continuada durante muchos millones de años. En el Sistema Solar implica extender la zona de habitabilidad hasta algo más allá de Marte (que carece de actividad tectónica y se encuentra localizado a 1.67 unidades astronómicas) hasta 2.4 unidades astronómicas en donde se localiza el cinturón de asteroides. Por tanto la actividad volcánica, fruto de la tectónica de placas, podría incrementar la posibilidad de encontrar vida en los numerosos planetas que se están encontrando más allá de los confines del Sistema Solar.

Fuente: Revista Española de Física Nº4 de 2018

 

 

 

 

 

Pensando en el Universo y en las nuevas Teorías

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Astronomía y Astrofísica    ~    Comentarios Comments (0)

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 Resultado de imagen de Nada muere, simplemente cambiaResultado de imagen de nada muere todo se transforma

En el universo en que vivimos, nada desaparece; con el tiempo se cumplen los ciclos de las cosas y se convierten en otra distinta, es un proceso irreversible.

En lo concerniente a cambios y transformaciones, el que más me ha llamado siempre la atención es el de las estrellas que se forman a partir de gas y polvo cósmico. Nubes enormes de gas y polvo se van juntando. Sus moléculas cada vez más apretadas se rozan, se ionizan y se calientan hasta que en el núcleo central de esa bola de gas caliente, la temperatura alcanza millones de grados. La enorme temperatura hace posible la fusión de los protones y, en ese instante, nace la estrella que brillará durante miles de millones de años y dará luz y calor. Su ciclo de vida estará supeditado a su masa. Si la estrella es supermasiva, varias masas solares, su vida será más corta, ya que consumirá el combustible nuclear de fusión (hidrógeno, helio, litio, oxígeno, etc) con más voracidad que una estrella mediana como nuestro Sol, de vida más duradera.

Cuando están a punto de ser estrellas verdaderas, pero aún no lo son, se llaman estrellas T Tauri. Son un tipo de estrellas variables irregulares nombradas a partir del objeto prototípico del grupo, la estrella T Tauri. Son estrellas jóvenes que aún no han entrado en la Secuencia Principal (estrellas pre-secuencia principal). Se encuentran cerca de nubes moleculares y se identifican por su variabilidad estelar  y la presencia de líneas intensas en su cromosfera.

Una estrella, como todo en el universo, está sostenida por el equilibrio de dos fuerzas contrapuestas; en este caso, la fuerza que tiende a expandir la estrella (la energía termonuclear de la fusión) y la fuerza que tiende a contraerla (la fuerza gravitatoria de su propia masa). Cuando finalmente el proceso de fusión se detiene por agotamiento del combustible de fusión, la estrella pierde la fuerza de expansión y queda a merced de la fuerza de gravedad; se hunde bajo el peso de su propia masa, se contrae más y más, y en el caso de estrellas súper masivas, se convierten en una singularidad, una masa que se ha comprimido a tal extremo que acaba poseyendo una fuerza de gravedad de una magnitud difícil de imaginar para el común de los mortales.

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Tanto la descripción del espacio-tiempo como de la materia que hacen las teorías científicas, no pueden describir la singularidad.

Para hacernos una idea y entender algo mejor la fuerza de gravedad que puede generar la singularidad de un agujero negro (que es el destino final las estrellas súper masivas), pongamos el ejemplo de un objeto más cercano, el planeta Tierra.

La Tierra, un objeto minúsculo en comparación con esos objetos súper masivos estelares, genera una fuerza de gravedad que, para escapar de ella, una nave o cohete espacial tiene que salir disparado desde la superficie terrestre a una velocidad de 11’18 km/s; el sol exige 617’3 km/s.

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Salir de la Gravedad terrestre requiere gran energía (Cualquiera de estas misiones tiene que transportar una cantidad de combustible 16 veces mayor que el resto de la masa que transporta. ¡Hay que buscar otros sistemas y otras formas de energía- Hasta que no lo consigamos, será difícil que salgamos del Sistema solar.

Es lo que se conoce como velocidad de escape, que es la velocidad mínima requerida para escapar de un campo gravitacional que, lógicamente, aumenta en función de la masa del objeto que la produce. El objeto que escapa puede ser una cosa cualquiera, desde una molécula de gas a una nave espacial. La velocidad de escape de un cuerpo está dada por , donde G es la constante gravitacional, M es la masa del cuerpo y R es la distancia del objeto que escapa del centro del cuerpo. Un objeto que se mueva con una velocidad menor que la de escape entra en una órbita elíptica; si se mueve a una velocidad exactamente igual a la de escape, sigue una órbita parabólica, y si el objeto supera la velocidad de escape, se mueve en una trayectoria hiperbólica y rompe la atadura en que la mantenía sujeto al planeta, la estrella o el objeto que emite la fuerza gravitatoria.

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La luz se esparce isotrópicamente cuando es eyectada por los astros.

La mayor velocidad que es posible alcanzar en nuestro universo es la de la luz, c, velocidad que la luz alcanza en el vacío y que es de 299.793’458 km/s.

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Pues bien, es tal la fuerza de gravedad de un agujero negro que ni la luz puede escapar de allí; la singularidad la absorbe, la luz desaparece en su interior, de ahí su nombre, agujero negro, cuando la estrella supermasiva se contrae, llega a un punto que desaparece de nuestra vista. De acuerdo con la relatividad general, cabe la posibilidad de que una masa se comprima y reduzca sin límites su tamaño y se auto confine en un espacio infinitamente pequeño que encierre una densidad y una energía infinitos. Allí, el espacio y el tiempo dejan de existir.

Las singularidades ocurren en el Big Bang, en los agujeros negros y en el Big Crunch (que se podría considerar como una reunión de todos los agujeros negros generados por el paso del tiempo en el universo y que nos llevará a un fin  que será el nuevo comienzo).

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Las singularidades de los agujeros negros están rodeados por una circunferencia invisible a su alrededor que marca el límite de su influencia. El objeto que traspasa ese límite es atraído, irremisiblemente, hacia la singularidad que lo engulle, sea una estrella, una nube de gas o cualquier otro objeto cósmico que ose traspasar la línea que se conoce como horizonte de sucesos del agujero negro.

La existencia de los agujeros negros fue deducida por Schwarzschild, en el año 1.916, a partir de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Este astrónomo alemán predijo su existencia, pero el nombre de agujero negro se debe a J. Wehleer.

Así, el conocimiento de la singularidad está dado por las matemáticas de Einstein y más tarde por la observación de las señales que la presencia del agujero generan. Es una fuente emisora de rayos X que se producen al engullir materia que traspasa el horizonte de sucesos y es atrapada hacia la singularidad, donde desaparece para siempre sumándose a la masa del agujero cada vez mayor.

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En el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, ha sido detectado un enorme agujero negro, ya muy famoso, llamado Cygnus X-1.

Después de todo, la velocidad de la luz, la máxima del universo, no puede vencer la fuerza de gravedad del agujero negro que la tiene confinada para siempre.

En nuestra galaxia, con cien mil años luz de diámetro y unos doscientos mil millones de estrellas, ¿cuántos agujeros negros habrá?

Para mí, la cosa está clara: el tiempo es imparable, el reloj cósmico sigue y sigue andando sin que nada lo pare, miles o cientos de miles, millones y millones de estrellas súper masivas explotarán en brillantes supernovas para convertirse en temibles agujeros negros.

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Llegará un momento que el número de agujeros negros en las galaxias será de tal magnitud que comenzarán a fusionarse unos con otros hasta que todo el universo se convierta en un inmenso agujero negro, una enorme singularidad, lo único que allí estará presente: la gravedad.

Esa fuerza de la naturaleza que ahora está sola, no se puede juntar con las otras fuerzas que, como se ha dicho, tienen sus dominios en la mecánica cuántica, mientras que la gravitación residen en la inmensidad del cosmos; las unas ejercen su dominio en los confines microscópicos del átomo, mientras que la otra sólo aparece de manera significativa en presencia de grandes masas estelares. Allí, a su alrededor, se aposenta curvando el espacio y distorsionando el tiempo.

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Al final del camino toda la materia del Universo irá a parar a un enorme agujero negro que será lo único que quedará de todo este inmenso Cosmos. El Tiempo pasa, las estrellas mueren, cada vez son más agujeros negros los que ocupan las galaxias, la fuerza de gravedad que generan irán enguyendo la materia, todos se fusionaran en un sólo agujero negro enorme y de descomunal fuerza… La imaginación es libre ¿quién la puede parar?

Esa reunión final de agujeros negros será la causa de que la Densidad Crítica sea superior a la ideal. La gravedad generada por el inmenso agujero negro que se irá formando en cada galaxia tendrá la consecuencia de parar la expansión actual del universo. Todas las galaxias que ahora están separándose las unas de las otras se irán frenando hasta parar y, despacio al principio pero más rápido después, comenzarán a recorrer el camino hacia atrás.  Finalmente, toda la materia será encontrada en un punto común donde chocará violentamente formando una enorme bola de fuego, el Big Crunch.

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Antes de que eso llegue, tendremos que resolver el primer problema: la muerte del Sol.

Los científicos se han preguntado a veces qué sucederá eventualmente a los átomos de nuestros cuerpos mucho tiempo después de que hayamos muerto. La posibilidad más probable es que nuestras moléculas vuelvan al Sol. En páginas anteriores he explicado el destino del Sol: se agotará su combustible de hidrógeno y fusionará helio; se hinchará en gigante roja y su órbita es probable que sobrepase la Tierra y la calcine; las moléculas que hoy constituyen nuestros cuerpos serán consumidas por la atmósfera solar.

Carl Sagan pinta el cuadro siguiente:

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El Sol engullirá Mercurio y Venus y, la Tierra…

“Dentro de miles de millones de años a partir de ahora, habrá un último día perfecto en la Tierra… Las capas de hielo Ártica y Antártica se fundirán, inundando las costas del mundo. Las altas temperaturas oceánicas liberarán más vapor de agua al aire, incrementando la nubosidad y escondiendo a la Tierra de la luz solar retrasando el final. Pero la evolución solar es inexorable.  Finalmente los océanos hervirán, la atmósfera se evaporará en el espacio y nuestro planeta será destruido por una catástrofe de proporciones que ni podemos imaginar.”

 

En una escala de tiempo de varios miles de millones de años, debemos enfrentarnos al hecho de que la Vía Láctea, en la que vivimos, morirá. Más exactamente, vivimos en el brazo espiral Orión de la Vía Láctea. Cuando miramos al cielo nocturno y nos sentimos reducidos, empequeñecidos por la inmensidad de las luces celestes que puntúan en el cielo, estamos mirando realmente una minúscula porción de las estrellas localizadas en el brazo de Orión. El resto de los 200 mil millones de estrellas de la Vía Láctea están tan lejanas que apenas pueden ser vistas como una cinta lechosa que cruza el cielo nocturno.

Resultado de imagen de Andrómeda se fusionará con la Vía Láctea

Aproximadamente a dos millones de años luz de la Vía Láctea está nuestra galaxia vecina más cercana, la gran galaxia Andrómeda, dos o tres veces mayor que nuestra galaxia. Las dos galaxias se están aproximando a 125 km/s, y chocarán en un periodo de 5 a 10.000 millones de años. Como ha dicho el astrónomo Lars Hernquist de la Universidad de California en Santa Cruz, esta colisión será “parecida a un asalto. Nuestra galaxia será literalmente consumida y destruida“.

Así las cosas, no parece que la Humanidad del futuro lo tenga nada fácil.  Primero tendrá que escapar, dentro de unos 4.000 millones de años del gigante rojo en que se convertirá el Sol que calcinará al planeta Tierra. Segundo, en unos 10.000 millones de años, la escapada tendrá que ser aún más lejana; la destrucción será de la propia galaxia que se fusionará con otra mayor sembrando el caos cósmico del que difícilmente se podría escapar quedándonos aquí. Por último, el final anunciado, aunque para más largo tiempo, es el del propio universo que, por congelación o fuego, tiene los eones contados.

Por todas estas catástrofes anunciadas por la ciencia, científicos como Kip S. Thorne y Stephen Hawking sugieren viajar a otros universos paralelos a través de agujeros de gusano en el hiperespacio. Sería la única puerta de salida para que la Humanidad no se destruyera.

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Si al final conseguimos abrir ese camino, será lejos en el futuro

Si lo alcanzaremos o no, es imposible de contestar, no tenemos los datos necesarios para ello. Incluso se podría decir que aparte de estas catástrofes futuras que sabemos a ciencia cierta que ocurrirán, seguramente existan otras que están ahí latentes en la incertidumbre de si finalmente ocurren o no, sólo pendiente de decidir lo uno o lo otro por parámetros ocultos que no sabemos ni que puedan existir.

En esta situación de impotencia, de incapacidad física e intelectual, nos tenemos que dar cuenta y admitir que, verdaderamente, comparados con el universo y las fuerzas que lo rigen, somos insignificantes, menos que una mota de polvo flotando en el haz de luz que entra, imparable, por la ventana entre-abierta de la habitación.

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Descomposición molecular aquí y reconstrucción allí ¿Qué forma de viajar! Claro que, todo lo que podamos imaginar, algún día, será realidad.

Sin embargo, tampoco es así. Que se sepa, no existe ningún otro grupo inteligente que esté capacitado para tratar de todas estas cuestiones. Que la especie humana sea consciente de dónde vino y hacia dónde va, en verdad tiene bastante mérito, y más, si consideramos que nuestro origen está a partir de materia inerte evolucionada y compleja que, un día, hace probablemente miles de millones de años, se fraguó en estrellas muy lejanas.

Resultado de imagen de La Teoría de Kaluza-Klein de la Quinta dimensión

“En el año 1919, leyó un trabajo que lo conmocionó y que fue  escrito por el matemático Kaluza. Sugería agregar una dimensión extra a las 4 existentes y reformuló la TGR en 5 dimensiones, logrando en pocas líneas hacer aparecer las ecuaciones de Einstein junto a las de Maxwell! En palabras simples, las ecuaciones de Maxwell se podían deducir como ondas viajando en la quinta dimensión. Otra forma de verlo era que si se extendía la TGR a 5 dimensiones, la teoría de Maxwell estaba escondida detrás de la teoría de Einstein.” (Publicado el abril 17, 2011 por 

 

 

 

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Suzuki                                            Veneziano

Ya he comentado que la teoría de cuerdas tiene un origen real en las ecuaciones de Einstein en las que se inspiro Kaluza para añadir la quinta dimensión y perfeccionó Klein (teoría Kaluza-Klein). La teoría de cuerdas surgió a partir de su descubrimiento accidental por Veneziano y Suzuki, y a partir de ahí, la versión de más éxito es la creada por los físicos de Princeton David Gross, Emil Martinec, Jeffrey Harvey y Ryan Rohm; ellos son conocidos en ese mundillo de la física teórica como “el cuarteto de cuerdas”.  Ellos han propuesto la cuerda heterótica (híbrida) y están seguros de que la teoría de cuerdas resuelve el problema de “construir la propia materia a partir de la pura geometría: eso es lo que en cierto sentido hace la teoría de cuerdas, especialmente en su versión de cuerda heterótica, que es inherentemente una teoría de la gravedad en la que las partículas de materia, tanto como las otras fuerzas de la naturaleza, emergen del mismo modo que la gravedad emerge de la geometría“.

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Sin que nadie las llame, cuando los físicos de cuerdas trabajan con las ecuaciones de campo de esa teoría, sin que nadie las llame, allí aparecen, las ecuaciones de campo de Einsten de su relatividad general que, subyacen dentro de la teoría de cuerdas… ¿Por qué será?

La característica más notable de la teoría de cuerdas (como ya he señalado), es que la teoría de la gravedad de Einstein está contenida automáticamente en ella. De hecho, el gravitón (el cuanto de gravedad) emerge como la vibración más pequeña de la cuerda cerrada, es más, si simplemente abandonamos la teoría de la gravedad de Einstein como una vibración de la cuerda, entonces la teoría se vuelve inconsistente e inútil. Esta, de hecho, es la razón por la que Witten se sintió inicialmente atraído hacia la teoría de cuerdas.

Witten está plenamente convencido de que “todas las ideas realmente grandes en la física, están incluidas en la teoría de cuerdas“.

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No entro aquí a describir el modelo de la teoría de cuerdas que está referido a la “cuerda heterótica”, ya que su complejidad y profundidad de detalles podría confundir al lector no iniciado. Sin embargo, parece justo que deje constancia de que consiste en una cuerda cerrada que tiene dos tipos de vibraciones, en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario, que son tratadas de forma diferente.

Las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj viven en un espacio de diez dimensiones. Las vibraciones de sentido contrario viven en un espacio de veintiséis dimensiones, de las que dieciséis han sido compactificadas (recordemos que en la teoría pentadimensional Kaluza-Klein, la quinta dimensión se compactificaba curvándose en un circulo). La cuerda heterótica debe su nombre al hecho de que las vibraciones en el sentido de las agujas de reloj y en el sentido contrario viven en dos dimensiones diferentes pero se combinan para producir una sola teoría de supercuerdas. Esta es la razón de que se denomine según la palabra griega heterosis, que significa “vigor híbrido”.

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En conclusión, las simetrías que vemos a nuestro alrededor, desde el arcoiris a las flores y a los cristales (en el copo de nieve -última imagen- Cuando el agua se congela las fuerzas de interacción entre moléculas de H2O ganan a las fuerzas derivadas del movimiento térmico y forman un conjunto rígido que presenta su estado más estable), pueden considerarse en última instancia como manifestaciones de fragmentos de la teoría decadimensional original.  Riemann y Einstein habían confiado en llegar a una comprensión geométrica de por qué las fuerzas pueden determinar el movimiento y la naturaleza de la materia.

La teoría de cuerdas, a partir del descubrimiento Veneziano-Suzuki, estaba evolucionando hacia atrás buscando las huellas de Faraday, Riemann, Maxwell y Einstein para poder construir una teoría de campos de cuerdas.  De hecho, toda la física de partículas estaba basada en teoría de campos. La única teoría no basada en teoría de campos era la teoría de cuerdas.

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De la teoría de cuerdas combinada con la supersimetría dio lugar a la teoría de supercuerdas. La cuerda es un objeto unidimensional que en esta nueva teoría se utiliza remplazando la idea de la partícula puntual de la teoría cuántica de campos. La cuerda se utiliza en la teoría de partículas elementales y en cosmología y se representa por una línea o lazo (una cuerda cerrada). Los estados de una partícula pueden ser producidos por ondas estacionarias a lo largo de esta cuerda.

En esta teoría se trata de unificar a todas las fuerzas fundamentales incorporando simetría y en la que los objetos básicos son objetos unidimensionales que tienen una escala de 10-35 metros y, como distancias muy cortas están asociadas a energías muy altas, para este caso la escala de energía requerida es del orden de 1019 GeV, que está muy por encima de la que hoy en día pueda alcanzar cualquier acelerador de partículas.

Resultado de imagen de los bosones sólo son consistentes como teorías cuánticas en un espacio-tiempo de 26 dimensiones

Como antes expliqué, las cuerdas asociadas con los bosones sólo son consistentes como teorías cuánticas en un espacio-tiempo de 26 dimensiones; aquella asociadas con los fermiones sólo lo son en un espacio tiempo de 10 dimensiones. Ya se ha explicado antes que las dimensiones extras, además de las normales que podemos constatar, tres de espacio y una de tiempo, como la teoría de Kaluza-Klein, están enrolladas en una distancia de Planck. De momento, inalcanzables.

Una de las características más atractivas de la teoría de supercuerdas es que dan lugar a partículas de espín 2, que son identificadas con los gravitones (las partículas que transportan la gravedad y que aún no se han podido localizar). Por tanto, una teoría de supercuerdas automáticamente contiene una teoría cuántica de la interacción gravitacional. Se piensa que las supercuerdas, al contrario que ocurre con otras teorías (entre ellas el Modelo Estándar), están libres de infinitos que no pueden ser eliminados por renormalización, que plagan todos los intentos de construir una teoría cuántica de campos que incorpore la gravedad. Hay algunas evidencias de que la teoría de supercuerdas está libre de infinitos, pero se está a la búsqueda de la prueba definitiva.

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Aunque no hay evidencia directa de las supercuerdas, algunas características de las supercuerdas son compatibles con los hechos experimentales observados en las partículas elementales, como la posibilidad de que las partículas no respeten paridad*,  lo que en efecto ocurre en las interacciones débiles.

Estoy convencido de que la teoría de supercuerdas será finalmente corroborada por los hechos y, para ello, se necesitará algún tiempo; no se puede aún comprobar ciertos parámetros teóricos que esas complejas matemáticas a las que llaman topología nos dicen que son así.

Habrá que tener siempre a mano las ecuaciones de Einstein, las funciones modulares de Ramanujan y el Supertensor métrico de ese genio matemático que, al igual que Ramanujan, fue un visionario llamado Riemann.

Las historias de estos dos personajes, en cierto modo, son muy parecidas.  Tanto Riemann como Ramanujan murieron antes de cumplir los 40 años y, también en ambos casos, en condiciones difíciles. Estos personajes desarrollaron una actividad matemática sólo comparable al trabajo de toda la vida de muchos buenos matemáticos.

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¿Cómo es posible que, para proteger la simetría conforme original por su destrucción por la teoría cuántica, deben ser milagrosamente satisfechas cierto número de identidades matemáticas, que precisamente son las identidades de la función modular de Ramanujan?

En este trabajo he expresado que las leyes de la naturaleza se simplifican cuando se expresan en dimensiones más altas. Sin embargo, a la luz de la teoría cuántica, debo corregir algo esta afirmación, y para decirlo correctamente debería decir: las leyes de la naturaleza se simplifican cuando se expresan coherentemente en dimensiones más altas. Al añadir la palabra coherentemente hemos señalado un punto crucial. Esta ligadura nos obliga a utilizar las funciones modulares de Ramanujan, que fijan en diez de dimensiones del espacio-tiempo. Esto a su vez, puede facilitarnos la clave decisiva para explicar el origen del universo.

emilio silvera


* Paridad: Símbolo P. Propiedad de la  función de ondas que determina su comportamiento cuando todas sus coordenadas espaciales son invertidas.