Agujeros negros

Agujeros Negros: Profundidades del espacio-tiempo.
Por Juan D. Torres
(Diciembre, 2015. Universidad de Investigación de Tecnología Experimental YachayTech. 2”J”)

“A luminous star of the same density as the Earth, and whose
diameter should be two hundred and fifty times larger than that of
the Sun, would not, in consequence of this attraction, allow any
of its rays to arrive at us; it istherefore possible that the largest
luminous bodies in the Universe may, through this cause, be invisible."
P.S.Laplace (1798)

Abstract
Los seres humanos hemos sido capaces de hacernos una idea de cómo es el universo usando simplemente nuestra razón e imaginación. Una de las cosas más asombrosas que hemos sido capaces de imaginar son, sin duda, los agujeros negros. En este trabajo se explicará en quéconsiste un agujero negro, para ello usaremos conceptos físicos relativamente sencillos. Haremos referencia a la teoría de la relatividad (Especial y General) de una manera cualitativa, dejando de lado su matemática y concentrándonos en la física detrás de ella. Utilizaremos el modelo más sencillo de agujero negro para permitirle entender al lector conceptos importantes cómo “singularidad” y“horizonte de sucesos” a través de un ejemplo concreto. Finalmente, recurriremos a la Relatividad Especial para explicar las dilataciones temporales que se dan en presencia de un agujero negro.

Introducción
Una de las consecuencias de la teoría de la relatividad de Einstein fue el resurgimiento del problema de los agujeros negros. Este problema ya había sido tratado mucho antes, dentro del marco de lateoría Newtoniana, por Michaelle y Laplace. Estas estructuras son regiones del espacio-tiempo en las cuales hay una gran cantidad de masa contenida en un punto relativamente pequeño, comparado con la cantidad de masa que posee. De acuerdo con la relatividad general, el espacio-tiempo es curvo debido a la masa que se encuentra en el, y la curvatura del espacio tiempo es una medida de la gravedadasociada a esa masa. Teniendo esto en cuenta, el espacio alrededor de ese punto se curvará de forma muy pronunciada, aumentando así la gravedad hasta que encontraremos un punto del cual nada podrá escapar.

Ecuaciones de Einstein.- A pesar de que a finales del siglo XVIII el problema de los agujeros negros fue estudiado por algunos científicos, en base a la mecánica newtoniana, no fue hasta queEinstein publicó sus ecuaciones que se tomó más seriamente este problema junto con sus consecuencias.
De acuerdo a la Relatividad General, la gravedad es esencialmente la curvatura del espacio tiempo (Baez J., Bunn E., 2006). Es decir, todo se trata de geometría, se deja de lado la idea newtoniana de que la gravedad es la fuerza que existe entre dos masas.


Los términos de esta ecuación representandiversos tensores, que son fundamentales en la Relatividad General, pero nosotros le daremos una explicación cualitativa sin tomar en cuenta ningún cálculo. Según Javier Peña (s.f.) “La parte izquierda de la ecuación nos habla de la geometría del espacio tiempo, su métrica y curvatura, mientras que la parte derecha representa el contenido de materia, o energía, que hay presente en eseespacio-tiempo”. De esto podemos concluir que la materia es la que curva el espacio-tiempo, y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo ha de moverse.

Agujero negro de Schwarzschild
Una vez que Albert Einstein publicó su teoría de la Relatividad General en 1915, junto con sus ecuaciones de campo todos los científicos de la época estaban interesados en encontrar una solución para estas ecuaciones endistintas situaciones. Karl Schwarzschild decidió hacer sus cálculos en base a un cuerpo totalmente simétrico (Hooft G., 2009). Un año después descubrió hay una solución exacta y no trivial para este tipo de cuerpos, ni él ni el mismo Einstein esperaban que fuera posible encontrar algo así. Luego, en su publicación titulada On the Gravitational Field of a Mass Point according to Einstein’s Theory...