En la infancia, al tiremos objetos para cima, fácilmente nos convencíamos de que ellos siempre deberían retornar. En las aulas de física, sin embargo, aprendemos que hay una velocidad mínima a partir de la cual objetos tirados de la Tierra no más retornarían a su superficie. Este valor, denominado velocidad de escape, es, en la Tierra, poco más de 11 km/s. En 1783, cerca de 100 años después del matemático y filósofo natural inglés Isaac Newton haber propuesto su teoría de gravitação, el geólogo inglés John Michel imaginó la situación de cuerpos celestes con una atracción gravitacional tan intensa que aún la velocidad de la luz – que hoy sabemos ser 300 mil km/s – sería inferior a la velocidad de escape. Esa idea fue revisitada algunos años después por el matemático y astrónomo francés Pierre Laplace, que denominó estos objetos, en los cuales la luz ficaria aprisionada, de estrellas oscuras.
Pero fue solamente en 1916, cerca de un año después del físico nacido en la Alemania Albert Einstein haber propuesto su teoría revolucionaria que relaciona la presencia de materia con la curvatura del espacio-tiempo, que el astrofísico alemán Karl Schwarzschild encontró las soluciones de las ecuaciones de la relatividade general que describían más precisamente esos cuerpos bizarros.
A mediados del siglo 20, los agujeros negros eran tan controversos que el propio Einstein llegó a concluir, basándose en argumentos físicos, que ellos no podrían existir en la realidad física. Hoy hay evidencias observacionais de que esos objetos estén presentes en sistemas estelares binários emisores de rayos X – así como en el centro de las galáxias. Además de eso, los agujeros negros son considerados piezas fundamentales nos quiebra-cabezas relacionados a algunas de las más importantes cuestiones de la física moderna, como gravitación quântica, dimensiones extras, ondas gravitacionais, rayos cósmicos de altas energías y la propia mecánica quântica. Veamos esas cuestiones con algún detalle.
“Los agujeros negros, serán ideales para via jar rápidamente el tiempo. Por un agujero negro es posible pasar para el otro lado de la galáxia y volver atrás a tiempo de cena”, Stephen Hawking. [Imagen: www.evanog.com/ press/?p=506]
En el inicio de la década de 70 el físico inglés Stephen Hawking demostró que agujeros negros no sólo serían indestrutíveis, como tampoco disminuirían de tamaño por cualquier proceso clásico. Pocos años más tarde, combinando ingredientes de la relatividade general y de la mecánica quântica, el propio Hawking mostró que esos objetos, indestrutíveis del punto de vista clásico, podrían evaporar, emitiendo una radiación térmica cuya temperatura es inversamente proporcional a su masa. Con el pasar de los años ese fue uno de los resultados más populares de la física. Desde el descubrimiento de Hawking hasta ahora científicos tienen se dedicado al estudio de los detalles de la evaporação de los agujeros negros.
En física, ideas incluyendo la hipótesis de dimensiones extras – además de las tres dimensiones espaciales más una temporal – para explicar la Naturaleza y, en particular, la gravitación son casi tan antiguas en cuanto a propia idea del espacio-tiempo quadridimensional propuesta por el matemático nacido en la Lituania Hermann Minkowski. La existencia de dimensiones extras llevaría la modificaciones en la gravitación en distancias muy pequeñas. Se especula que el LHC (Large Hadron Collider), un gigantesco colisor de partículas que deberá entrar en operación regular aún este año, pueda producir miniburacos negros en laboratorio, pudiendo así evidenciar la existencia de las dimensiones extras.
Entre las previsiones de la relatividade general que aún aguardan por una confirmación definitiva, están las ondas gravitacionais. Detectores como el Láser Interferometer Gravitational- Wave Observatory (Conecto) en los Estados Unidos y Mário Schenberg en el Brasil están en búsqueda de las primeras evidencias directas de esas ondas. Entre los sistemas productores de ondas gravitacionais con mayores oportunidades de detección están los agujeros negros en procesos de colisión.
Estudios recientes, destacándose lo realizado por el equipo del Observatorio Pierre Auger – en una colaboración internacional que incluye científicos brasileños –, han asociado rayos cósmicos – partículas que alcanzan la Tierra, provenientes del espacio – de altíssima energía con núcleos galácticos activos hospedando agujeros negros gigantes.
Los estágios finales de la evaporação de agujeros negros también han proporcionado intensos debates en la comunidad científica. Una estrella preparada de forma a detener la máxima información sobre su estado inicial, colapsada en un agujero negro y que evaporasse completamente por emisión de radiação térmica implicaría una pérdida líquida de información en el Universo, lo que es incompatível con la mecánica quântica. La respuesta a ese enigma puede estar o en correlações sutis en la radiação resultante, o en el hecho del agujero negro no evaporar completamente, o aún en eventuales modificaciones en la propia mecánica quântica.
En todos esos desafíos de la física contemporánea, agujeros negros figuran como elementos fundamentales, evidenciando el porquê de hoy ser tenidos cómo poderosas llaves para desvelar los misterios del Universo.
Fuente:
Revista Scientific American Brasil 75, agosto/2008.
Scientific American Brasil, link: http://www2. uol.com.br/ sciam/artigos/ chaves_para_ desvendar_ o_universo. html y http://www2. uol.com.br/ sciam/artigos/ chaves_para_ desvendar_ o_universo_ 2.html
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