¿Qué pasa si caes en un agujero negro?
Los agujeros negros parecen cosa de ciencia ficción, pero la realidad es aún más peculiar
Más información sobre los agujeros negros
Un agujero negro es una región del espacio-tiempo tan curvada por la gravedad que ni siquiera la luz puede escapar.
En su nuevo libro Agujeros negros , El astrónomo Dr. Ed Bloomer explica en términos simples exactamente cómo se forman los agujeros negros, qué hay dentro de ellos y qué sucedería si alguna vez tuviera la mala suerte de caer en uno.
En este extracto especial, Ed describe el curioso proceso de 'espaguetificación' ...
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Cayendo en un agujero negro
Una de las preguntas más comunes que se les hace a los astrónomos es: ¿qué pasa si caigo en un agujero negro?
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El por qué parece una preocupación genuina para tanta gente está más allá del alcance de este artículo, pero considerarlo en serio es una buena manera de entender exactamente cómo funcionan los agujeros negros.
Supongamos que has estado explorando la galaxia y te acercaste demasiado a un agujero negro sin darte cuenta.
Yo, eminentemente más sensato, me he quedado bastante lejos en una estación espacial distante, ¡pero estoy dispuesto a ayudar si puedo! Y, siendo tan generoso como sensato, les di una nave espacial asombrosa que puede hacer casi cualquier cosa. La pregunta es si casi ¿bastar?
En nuestra situación, 'demasiado cerca' significa que no puede ponerse en una órbita estable, por lo que tendrá que gastar energía para mantener una órbita. Has cruzado el órbita circular estable más interna o CIUO. No hay problema, su nave espacial tiene motores potentes y eficientes.
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Por desgracia, otras cosas también se dirigen hacia el agujero negro. Moléculas de gas, un poco de polvo, quizás algunos otros desafortunados sin una nave espacial tan buena como la tuya. Te has encontrado formando parte de la disco de acreción de material que cae, y eso no es tan colegiado como parece.
Aunque no forma parte del agujero negro en sí, este material se calienta debido a la fricción y produce radiación electromagnética y cae más hacia adentro.
La longitud de onda y la intensidad de la radiación dependen de la masa en la que te estás metiendo en espiral: los discos de acreción de las protoestrellas, por ejemplo, irradian en el infrarrojo, lo que puede no ser tan malo porque esa emisión es de muy baja energía. Pero en el caso de los agujeros negros, la gravedad y la fricción son suficientes para dispararle con rayos X de alta energía o rayos gamma. ¡Perdón!
Concepto del artista cortesía de NASA / JPL-CaltechDebido a que el disco es plano y se mueve alrededor de lo que vas a considerar como el ecuador del agujero negro, podrías intentar colocarte 'arriba' o 'debajo' del disco, pero volverás a estar alineado. Ni siquiera ha llegado a las cosas raras, esta es una mecánica bastante convencional, aunque ya puede darse cuenta de que está en problemas.
Probablemente es hora de empezar a pedir ayuda, así que envías una señal de radio a la estación espacial distante desde donde estoy observando las cosas lo mejor que puedo. Siendo realistas, ¿qué puedo hacer?
A medida que te acercas al agujero negro, las señales que envías aumentan desplazamiento al rojo gravitacional mientras los fotones salen del pozo gravitacional. La estación espacial está recibiendo literalmente diferentes longitudes de onda de las que estás transmitiendo, pero mientras estoy ocupado reajustando los receptores, te preocupas cada vez más por las fuerzas de marea que actúan sobre la nave espacial.
El gradiente gravitacional a medida que te acercas al agujero negro es cada vez más pronunciado, por lo que la diferencia entre la atracción gravitacional en las partes de la nave espacial más cercanas al agujero negro y las más alejadas crece.
Estás comenzando a estirarte, resistiendo ese estiramiento por la fuerza del material que forma tu nave espacial. Pero en situaciones extremas, las fuerzas de la marea te separarán, un proceso conocido como espaguetificación .
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¿Qué es la espaguetificación?
En astrofísica, la espaguetificación es el efecto de marea causado por campos gravitacionales fuertes. Al caer hacia un agujero negro, por ejemplo, un objeto se estira en la dirección del agujero negro (y se comprime perpendicularmente a él mientras cae). En efecto, el objeto se puede distorsionar en una versión larga y delgada de su forma no distorsionada, como si se estirara como un espagueti.
La línea curva del diagrama representa una sección de la superficie del agujero negro. En el dibujo de la izquierda, la altura y el ancho del astronauta corresponden como se esperaba. A medida que se acercan al centro del agujero negro, experimentan una ligera compresión horizontal y un alargamiento vertical. En la imagen de la derecha, están aún más cerca y la compresión y elongación de su forma son aún más dramáticas.
La espaguetificación no es inevitable. Los agujeros negros de diferentes masas tendrán diferentes gradientes, por lo que con los agujeros negros supermasivos es perfectamente posible pasar el horizonte de eventos sin efectos negativos. Nuevamente, esto no quiere decir que la atracción gravitacional no sea fuerte, solo que el gradiente no es demasiado extremo. Supongamos que este es el caso.
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Desafortunadamente, otras cosas también parecen estar cayendo en nuestro agujero negro.
Aunque un poco de compañía puede parecer bienvenido, las partículas que caen en espiral hacia el agujero negro en un flujo turbulento, frotándose entre sí. Como hemos visto, el disco de acreción formado emite radiación debido a esta fricción y, debido a la inmensidad de la atracción gravitacional, las partículas se aceleran hasta fracciones significativas de la velocidad de la luz.
El resultado es una radiación de alta energía, que incluye elementos como potentes rayos X. El agujero negro puede incluso producir chorros astrofísicos de materia ionizada estrechamente enfocados (suficientemente poderosos y con velocidades lo suficientemente altas como para denominarlos chorros relativistas).
Los rayos a reacción pueden extenderse millones de años luz, por lo que es de esperar que los hubiéramos notado antes. También son cosas complicadas con preguntas sin respuesta que las rodean, por lo que no nos detendremos demasiado en ellas. Significativamente, se alinean con el eje de rotación, mientras que nos acercamos casi perpendicularmente a él en el disco de acreción. Tienes bastante de qué preocuparte, así que supongamos que los chorros no son un problema.
De hecho, supongamos que está cayendo en un agujero negro completamente silencioso y que no hay chorros ni un disco de acreción. Ahora comienza la verdadera diversión.
(Por cierto, estoy lo suficientemente feliz de hacer todas estas suposiciones, pero vale la pena señalar cuántas estamos haciendo para que la mecánica 'ordinaria' de un agujero negro no nos destruya).
La gravedad del agujero negro deforma el propio espacio-tiempo. En nuestro caso, nos interesa un proceso conocido como dilatación del tiempo , otro efecto relativista. Es un problema particularmente complicado, por lo que lo trataremos con un toque ligero aquí. Pero aun así, si queremos describir sus efectos, tenemos que tener cuidado con nuestro punto de vista. Las cosas se verán bastante diferentes para los observadores en diferentes posiciones.
Supongamos que todavía estoy en esa estación espacial distante a la que solicitaste ayuda. La dilatación del tiempo significa que, desde mi perspectiva, comienzas a disminuir la velocidad a medida que caes en el agujero negro. En lo que a mí respecta, el tiempo pasa literalmente más lento para ti que para mí.
Según mis cálculos, su paso a través del tiempo se detendrá a medida que se acerque al horizonte de eventos.
Recuerde, me resulta cada vez más difícil detectarte, ya que tus señales de radio de ayuda y cualquier otro fotón que estás emitiendo se estiran a longitudes de onda cada vez más largas. Tú, mientras tanto, estás experimentando que el tiempo pasa normalmente.
Espera, ¿no es el momento ... el momento? ¿Cómo podemos experimentarlo de manera tan diferente?
Bueno, el tiempo en sí fluye a diferentes ritmos dependiendo de lo que esté sucediendo. No son figuras retóricas: los objetos se mueven tiempo espacial a diferentes ritmos (no solo en las tres dimensiones normales asociadas con su velocidad como normalmente la entendemos, sino también en el tiempo). Realmente estamos notando los efectos debido a la situación extrema que hemos diseñado, pero en mayor o menor medida estas distorsiones ocurren dondequiera que estés.
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Si todo lo demás estuviera bien, simplemente pasaría el horizonte de eventos y seguiría hacia la singularidad. Por supuesto, las palabras 'bien' y 'simplemente' están haciendo mucho trabajo aquí.
¿Qué está sucediendo 'fuera' del agujero negro mientras eso sucede? Bueno, lamentablemente he tenido que renunciar a poder localizarlo o incluso recibir una señal suya. Has pasado el punto sin retorno.
Desde su punto de vista, ya no hay 'afuera' para alcanzar, ya que cada dirección lo lleva hacia el centro del agujero negro. Desde mi punto de vista y a todos los efectos, has dejado de existir.
Es por eso que los agujeros negros son solo ... el fin, tanto en el espacio como en el tiempo.
Efectivamente, las cosas que cruzan el horizonte de sucesos ya no juegan ningún papel en el Universo. No pueden señalar a nadie y viceversa. Y cuando decimos señal, no nos referimos a enviar un mensaje coherente. Simplemente nos referimos a transmitir cualquier información.
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Imagínese que es un astrónomo sentado en un laboratorio junto a un detector sorprendentemente sensible que de alguna manera reacciona a un solo fotón solitario de cualquier longitud de onda emitida desde más allá del horizonte de sucesos de un agujero negro. Cuando lo haga, activará una sirena ensordecedora, por lo que definitivamente no dejará de notarlo.
Pero día tras día, año tras año, no habrá más que silencio. En lo que respecta a ese detector, simplemente no hay nada allí. Un completo vacío de información.
En resumen: ¡no te acerques a los agujeros negros!
Glosario de agujeros negros: ¿qué significan estos términos?
Disco de acreción Una estructura dinámica en forma de disco de material que gira en espiral hacia un objeto masivo como un agujero negro. Cosas como el polvo y las moléculas de gas que chocan o se frotan entre sí mientras giran en espiral hacia adentro pueden emitir radiación, que luego puede usarse para trazar el espacio-tiempo cerca del horizonte de eventos de un agujero negro, aunque no dentro de él.
Desplazamiento al rojo gravitacional describe el proceso por el cual los fotones tienen que 'salir' del pozo gravitacional de un objeto masivo, perdiendo energía y cambiando a longitudes de onda más largas. Por lo tanto, la luz emitida por un objeto se recibirá en diferentes longitudes de onda (o frecuencias) dependiendo de la posición del receptor en relación con el emisor.
Órbita circular estable más interna (CIUO) Los objetos no pueden mantener órbitas estables a cualquier distancia de un agujero negro. El límite de la CIUO marca el umbral en el que las órbitas se vuelven inestables y los objetos se mueven en una trayectoria más hacia el agujero negro. La posición del límite depende del agujero negro.
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