{"id":16165,"date":"2025-02-06T07:00:00","date_gmt":"2025-02-06T06:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/science-teaching.org\/?p=16165"},"modified":"2025-07-10T07:25:18","modified_gmt":"2025-07-10T05:25:18","slug":"los-misterios-de-los-agujeros-negros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/science-teaching.org\/es\/ciencia\/articulos\/los-misterios-de-los-agujeros-negros","title":{"rendered":"Los misterios de los agujeros negros"},"content":{"rendered":"\n
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Los misterios de los agujeros negros<\/h1>\n\n\n\n
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La ciencia ficci\u00f3n ha so\u00f1ado con agujeros negros que destru\u00edan la Tierra o que nos permit\u00edan viajar a otros universos paralelos. De hecho, cuando en 2008 se puso en marcha el acelerador de part\u00edculas de Ginebra (el Gran Colisionador de Hadrones), algunos cient\u00edficos sugirieron la posibilidad que se formaran agujeros negros microsc\u00f3picos. Esto provoc\u00f3 varias reacciones de alerta ante la posibilidad que la Tierra fuera destruida por alguno de estos agujeros negros. \u00bfTienen fundamento estos temores? \u00bfQu\u00e9 es lo que nos pasar\u00eda realmente si cay\u00e9ramos dentro de un agujero negro? <\/p>\n\n\n\n

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22 de mayo de 2024<\/p>\n\n\n

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\u00bfQu\u00e9 es un agujero negro?<\/h3>\n\n\n\n

De forma muy sencilla, un agujero negro<\/strong> es un objeto muy compacto que provoca un campo gravitatorio tan intenso a su alrededor que ni la luz es capaz de escapar de \u00e9l.<\/strong> Para entender un poco mejor lo que queremos decir, consideremos un ejemplo m\u00e1s sencillo. Un grupo de alumnos de ESO sale de excursi\u00f3n al campo. Mientras realizan algunos experimentos, descubren un pozo abandonado. V\u00edctor, Toni y Cristina suben al brocal y empiezan a caminar como equilibristas. Cuando el profesor los ve, lanza un grito que los asusta y hace que caigan dentro del pozo. \u00bfConseguir\u00e1n salir de \u00e9l?<\/p>\n\n\n\n

Lo primero que hay que saber es que, al caer, V\u00edctor se ha torcido el tobillo y casi no puede moverlo. En cambio, Cristina, que es campeona nacional de salto de altura, est\u00e1 en muy buena forma. Si el pozo es poco profundo, los tres llegar\u00e1n al extremo superior simplemente alargando los brazos y, por tanto, podr\u00e1n cogerse a las manos de alguno de sus compa\u00f1eros que intentan ayudarles.<\/p>\n\n\n\n

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Si la profundidad del pozo es algo mayor, de manera que sea necesario un peque\u00f1o salto para llegar al extremo superior, muy probablemente, V\u00edctor no conseguir\u00e1 salir. Si la profundidad es a\u00fan mayor, y hace falta un salto muy grande para conseguir cogerse a alguna mano, entonces s\u00f3lo Cristina lo conseguir\u00e1. Finalmente, si la profundidad es tal que ni Cristina puede llegar a la parte superior, los tres quedar\u00e1n atrapados dentro del pozo. Si no existieran cuerdas u otras formas de rescatarlos, se quedar\u00edan all\u00ed para siempre y nunca se reencontrar\u00edan con sus familias, fuera del pozo. Pues bien, un agujero negro es como un pozo muy profundo del que no puede escapar ni siquiera el mejor de los saltadores.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Cuando la gravedad es muy intensa<\/h3>\n\n\n\n

La mayor\u00eda habr\u00e9is estudiado que la gravedad es una fuerza que experimentan y ejercen todos los cuerpos por el simple hecho de tener masa. Es posible que tambi\u00e9n record\u00e9is que esta fuerza es directamente proporcional a la masa del cuerpo que la realiza e inversamente proporcional a la distancia -en realidad al cuadrado de la distancia- entre el centro de ese cuerpo y el punto en el que la medimos. Eso significa que cuanto m\u00e1s compacto sea un objeto, es decir, cuanta m\u00e1s materia tenga, y cuanto m\u00e1s concentrada est\u00e9, m\u00e1s intenso ser\u00e1 el campo gravitatorio sobre su superficie.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Pensemos, por ejemplo, en una estrella muy masiva. El campo gravitatorio sobre su superficie ser\u00e1 grande, pero si por ejemplo lanzamos un cohete con suficiente velocidad hacia el exterior, \u00e9ste conseguir\u00e1 escapar. Supongamos que la estrella se encuentra hacia el final de su vida y que empieza a contraerse. Su materia empezar\u00e1 a estar m\u00e1s concentrada y su campo gravitatorio aumentar\u00e1. Por tanto, si queremos volver a lanzar nuestro cohete, deberemos darle una velocidad m\u00e1s alta que antes. A medida que la estrella se vaya haciendo m\u00e1s compacta, la velocidad de escape deber\u00e1 ser cada vez mayor.<\/p>\n\n\n\n

Llegar\u00e1 un momento en que no habr\u00e1 modo de enviar ning\u00fan objeto al exterior y lo \u00fanico que podremos hacer ser\u00e1 enviar se\u00f1ales luminosas, que viajan a una velocidad muy elevada. Si la estrella sigue contray\u00e9ndose, la velocidad de la luz dejar\u00e1 de ser suficiente para poder escapar de la estrella. Bien, en realidad deber\u00edamos decir, \u00abde lo que era una estrella\u00bb, porque en esos momentos se acaba de formar un agujero negro.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bfQu\u00e9 nos pasar\u00eda si cay\u00e9ramos en una agujero negro?<\/h3>\n\n\n\n

Cerca de un agujero negro el campo gravitatorio puede llegar a ser muy intenso. Pero, en lo que respecta a nuestra integridad, no es eso lo que m\u00e1s deber\u00eda preocuparnos. La cuesti\u00f3n es que adem\u00e1s de ser intenso, el campo gravitatorio puede variar muy r\u00e1pidamente con la distancia.<\/strong> As\u00ed, por ejemplo, si estuvi\u00e9ramos cayendo hacia el agujero negro con los pies por delante, podr\u00eda pasar que la atracci\u00f3n que experimentasen nuestras piernas fuera mucho mayor que la que experimentase nuestra cabeza, de manera que acabar\u00edamos tan estirados como un espagueti.<\/p>\n\n\n\n

Este efecto, conocido como fuerza de marea, es m\u00e1s pronunciado en agujeros negros peque\u00f1os, mientras que es pr\u00e1cticamente imperceptible en agujeros negros muy grandes como el que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. De hecho, ahora mismo podr\u00edamos estar entrando dentro de un agujero negro sin darnos cuenta. Otra cosa es lo que pasar\u00eda al llegar a su centro, pero de eso ya hablaremos en otra ocasi\u00f3n.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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UNA BREV\u00cdSIMA HISTORIA DEL TIEMPO<\/h3>\n\n\n\n
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Si quieres saber m\u00e1s sobre los agujeros negros y otros misterios del Universo, no dejes de leer Una brev\u00edsima historia del tiempo<\/em>, de Stephen Hawking, quien fue uno de los mayores expertos mundiales en esta materia.<\/p>\n\n\n\n

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\u00bfCU\u00c1NTO MIDEN LOS AGUJEROS NEGROS?<\/h3>\n\n\n\n

Ya hemos visto que un agujero negro se puede formar como resultado del colapso de una estrella. Para que eso sea posible, hace falta que la estrella tenga una masa suficientemente grande. As\u00ed, por ejemplo, el Sol no se convertir\u00e1 en un agujero negro al final de su vida, sino que morir\u00e1 convirti\u00e9ndose en una enana blanca (un tipo de estrella).<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Tambi\u00e9n est\u00e1 bastante aceptado que la mayor\u00eda de las galaxias contienen un agujero negro muy masivo en su centro. Hay diferentes evidencias experimentales que apoyan esta hip\u00f3tesis y algunos, incluso, los hemos fotografiado. Su origen no est\u00e1 del todo claro y es posible que no todos se hayan formado de la misma manera.<\/p>\n\n\n\n

Todos estos ejemplos corresponden a objetos con m\u00e1s del doble de la masa del Sol. Pero \u00bfpueden existir agujeros negros m\u00e1s peque\u00f1os? Y, en caso afirmativo, \u00bfc\u00f3mo se originar\u00edan?<\/p>\n\n\n\n

En principio, no puede haber agujeros negros de cualquier tama\u00f1o. Si la masa de un cuerpo es muy peque\u00f1a, para convertirse en agujero negro deber\u00eda concentrarse en un volumen extremadamente peque\u00f1o. Pero cuando consideramos distancias muy peque\u00f1as, entran en juego los efectos de la f\u00edsica cu\u00e1ntica. Uno de ellos es que resulta imposible tener localizada una determinada cantidad de materia en un espacio demasiado peque\u00f1o. Este hecho hace que resulte imposible tener agujeros negros por debajo de un determinado valor de la masa, que se conoce como masa de Planck y que corresponde aproximadamente a la cienmil\u00e9sima parte de un gramo.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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\u00bfAgujeros negros microsc\u00f3picos?<\/h3>\n\n\n\n
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Desde hace unos cuantos a\u00f1os, una parte importante de los f\u00edsicos te\u00f3ricos est\u00e1 investigando la manera de unificar la Teor\u00eda de la Gravitaci\u00f3n <\/strong>con la f\u00edsica cu\u00e1ntica. De entre las diferentes propuestas que existen al respecto, la que por ahora parece tener m\u00e1s aceptaci\u00f3n es la Teor\u00eda de Cuerdas<\/strong>. Esta teor\u00eda consigue la unificaci\u00f3n deseada pero, para lograrlo, requiere de una serie de hip\u00f3tesis bastante sorprendentes. Una de ellas es que hay otras dimensiones espaciales, adem\u00e1s de las tres que ya conocemos (longitud, anchura y altura). Para explicar el hecho de que en nuestra vida cotidiana no las detectemos, se supone que estas dimensiones extra est\u00e1n enrolladas sobre s\u00ed mismas.<\/p>\n\n\n\n

La Teor\u00eda de Cuerdas est\u00e1 todav\u00eda en construcci\u00f3n y a\u00fan existen varias versiones. En algunas de ellas, la presencia de estas dimensiones extra provocar\u00eda que la fuerza de gravedad fuera m\u00e1s intensa. Si lo pens\u00e1is un poco os dar\u00e9is cuenta de que una de las consecuencias de este hecho ser\u00eda que el volumen en el cual habr\u00eda que concentrar una determinada cantidad de materia para que se formase un agujero negro no tendr\u00eda que ser tan peque\u00f1o. O, visto de otro modo, se podr\u00edan obtener agujeros negros con masas m\u00e1s peque\u00f1as que la masa de Planck. El nuevo l\u00edmite inferior ser\u00eda del orden de un TeV (unidad de medida utilizada en f\u00edsica de part\u00edculas), es decir, m\u00e1s de un mill\u00f3n de veces m\u00e1s peque\u00f1o que la masa de Planck.<\/strong><\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Un experimento que puede generar agujeros negros en la tierra<\/h3>\n\n\n\n

Si, tal como afirman algunas teor\u00edas, pueden existir agujeros negros con una masa del orden de TeV, entonces es posible que se puedan producir en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra (LHC)<\/strong>. En efecto, las energ\u00edas con que colisionan las part\u00edculas en este acelerador son de este mismo orden de magnitud. \u00bfDeber\u00edamos estar preocupados?<\/p>\n\n\n\n

Para responder a esta pregunta, podemos hacernos otra antes. \u00bfRealmente los agujeros negros s\u00f3lo absorben materia sin emitir nunca nada hacia el exterior?<\/p>\n\n\n\n

En los a\u00f1os setenta del siglo pasado, Stephen Hawking descubri\u00f3 que en realidad no es as\u00ed. Cuando se combina la f\u00edsica cu\u00e1ntica con la Teor\u00eda de la Gravitaci\u00f3n, aunque sea de forma incompleta, se demuestra que un agujero negro emite radiaci\u00f3n y multitud de part\u00edculas elementales. <\/strong>Este fen\u00f3meno, que se conoce como radiaci\u00f3n de Hawking<\/strong>, provoca que el agujero negro vaya perdiendo masa.<\/p>\n\n\n\n

Por tanto, tenemos dos efectos opuestos. Por un lado, la atracci\u00f3n gravitatoria aumenta la cantidad de masa que se encuentra confinada dentro del agujero negro. Por otro, la radiaci\u00f3n de Hawking consigue el efecto contrario. Hawking tambi\u00e9n demostr\u00f3 que cuanto m\u00e1s peque\u00f1o es el agujero negro, m\u00e1s alto es el ritmo con el que radia.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

En agujeros negros microsc\u00f3picos, el ritmo de radiaci\u00f3n es mucho m\u00e1s alto que el de absorci\u00f3n de materia de los alrededores. Eso hace que estos agujeros tengan una vida muy corta y se evaporen casi inmediatamente despu\u00e9s de formarse.<\/p>\n\n\n\n

Por tanto, podemos dormir tranquilos. Aunque las teor\u00edas que prev\u00e9n la formaci\u00f3n de agujeros negros en el LHC fueran v\u00e1lidas, la vida de estos objetos ser\u00eda extremadamente corta y pr\u00e1cticamente no tendr\u00edan tiempo de absorber materia de los alrededores.<\/p>\n\n\n\n

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ESCRITO POR Sandro Maccarrone<\/strong>
@smaccarrone<\/a><\/p>\n\n\n\n

Lecturas recomendadas<\/h5>\n\n\n\n