Como comenté en esta otra entrada, caer en un agujero negro no sería experiencia muy agradable, así que no es de extrañar que la idea de que un agujero negro engulla la Tierra nos ponga los pelos de punta. Pero imaginemos por un momento que se descubre que un agujero negro errante se está acercando hacia nuestro planeta y que, debido a su tremenda masa, es imposible desviarlo con alguna triquiñuela gravitatoria. En este escenario, ¿habría alguna manera de destruir el agujero negro y salvar la Tierra?
Espera, espera. ¿Por qué te ha pegado por hablar de este tema así, sin más? ¿Sabes algo que yo no sé? Porque si de verdad hay algún agujero negro dirigiéndose hacia nosotros, dímelo para que empiece a romper escaparates.
Deja los escaparates tranquilos, voz cursiva, que el escenario del agujero negro hipotético dirigiéndose hacia la Tierra es sólo una excusa para hablar sobre las curiosas propiedades de estos objetos.
Ah, vale, vale. En ese caso, la respuesta es fácil: los agujeros negros están llenos de materia, así que basta con disparar un chorro de antimateria contra él para que se desintegre y nos deje en paz.
Bueno, vamos a ver si esa opción tendría algún efecto.
Un agujero negro no es más que una región del espacio en la que la fuerza gravitatoria es tan intensa que nada puede escapar de ella, ni siquiera aunque se mueva a la velocidad de la luz. Estos objetos extremos se forman cuando una estrella muy masiva agota su combustible y, de repente, sin una explosión termonuclear que la contrarreste, toda la masa de la estrella se precipita hacia el núcleo, compactándolo más allá de cualquier límite imaginable.
Mientras este proceso tiene lugar, la estrella se comprime tanto que prácticamente todo su volumen entra en fase de fusión nuclear por lo que, literalmente, la estrella se convierte en una bomba termonuclear de millones de kilómetros de diámetro. Esta explosión es lo que los astrónomos llaman una supernova y su brillo puede ser tan intenso como para rivalizar con el resto de la galaxia en la que se encuentra.
(Fuente)
El caso es que la masa del núcleo de la estrella queda comprimida en un punto tan pequeño que la intensidad de la gravedad a su alrededor crece hasta límites extremos (explicaba el por qué con más detalle en esta otra entrada). Y, básicamente, eso es un agujero negro: una región pequeña del espacio que contiene muchísima masa en proporción a su volumen.
Por otro lado, aunque el término «antimateria» suene muy exótico, en realidad simplemente se trata de unas partículas que tienen la misma masa que las que forman la materia ordinaria, pero carga eléctrica opuesta. Este se debe a que, a un nivel más fundamental, tanto los protones como los neutrones que se pueden encontrar en el núcleo de los átomos están compuestos por unas partículas aún más pequeñas llamadas quarks.
Combinaciones diferentes de los distintos tipos de quarks dan lugar a partículas con propiedades distintas. Los nombres de cada uno de esos tipos pueden sonar raros (arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo, complementados por un antiarriba, antiabajo, etc.) pero, en el fondo, no son más que términos que se utilizan para describir 6 estados en los que se pueden encontrar los diferentes quarks cuando se unen para formar partículas más grandes.
Por ejemplo, los protones están formados por dos quarks arriba y uno abajo. En consecuencia, como los quarks arriba tienen dos tercios de una eléctrica carga positiva cada uno y el abajo tiene un tercio de una carga negativa, el protón resultante termina teniendo una carga positiva de +1 (si os resulta raro, hablo con más detalle de este tema en mi nuevo libro, guiño, guiño).
Crédito: GeneralFM/Istock/Thinkstock
Los antiprotones, por ejemplo, son simplemente un tipo de partículas formadas por otra combinación de quarks (dos antiarriba y un antiabajo) que termina teniendo la misma masa que un protón ordinario pero que, en conjunto, tiene carga negativa en vez de positiva. Estos antiprotones se pueden unir con los positrones, otra partícula fundamental que tiene carga positiva y la misma masa que un electrón, para formar átomos de antihidrógeno.
En cualquier caso, lo realmente interesante de este tema es lo que ocurre cuando materia y antimateria entran en contacto: se aniquilan por completo, convirtiendo el 100% de su masa en energía. En rayos gamma, los más energéticos del espectro electromagnético, para ser más concretos.
¡Exacto! ¡Metemos antimateria en el agujero negro y lo desintegramos antes de que llegue hasta nosotros!
Bueeeeno… En realidad ese plan tiene un pequeño fallo.
Hemos visto que, por mucho que la carga eléctrica de antimateria sea distinta, su masa sigue siendo la misma que la de la materia ordinaria. Y resulta que a los agujeros negros no les importa la carga eléctrica de las partículas que caen en su interior: toda partícula que entre en él, sin excepción, termina comprimida en la singularidad y formando parte de él. Un agujero negro lo mezcla todo, independientemente de que se trate de materia o de antimateria… Así que disparar antimateria contra un agujero negro sólo lo hará más grande.
Espera, no te sigo. ¿La antimateria no reaccionaría con la materia ordinaria que hay dentro del agujero negro y la destruiría?
No porque, en primer lugar, es muy probable que la materia que hay dentro de un agujero negro no retenga las propiedades que tenía en el exterior. Quiero decir, que cuando la materia se comprime más allá de los límites de los átomos, se convierte más bien una sopa de partículas aún más fundamentales (como ocurre en el caso de las estrellas de neutrones).
En realidad, aún suponiendo que la materia mantuviera su forma dentro de los agujeros negros, disparar antimateria contra ellos seguiría empeorando aún más la situación. Esto se debe a que, como bien dice la famosa ecuación de Einstein, la masa y la energía son dos caras de la misma moneda. Por tanto, aunque la materia y la antimateria se desintegraran dentro del agujero negro, convirtiéndose en una cantidad tremenda de energía, esa energía no podría escapar de su interior debido a su propia influencia gravitatoria… Así que estaríamos en las mismas.
Vaya… ¿Y si disparáramos otro agujero negro contra él, pero que estuviera hecho de antimateria?
De nuevo, en términos de masa, un agujero negro hecho de antimateria es igual que uno hecho de materia ordinaria. Puedes lanzar un contra otro pero, al final, lo único que conseguirás será crear un agujero negro el doble de masivo que el original (aunque con una carga diferente, si eso te consuela), así que la antimateria no nos ayudaría en absoluto. Más bien al contrario, en realidad.
¡DIABLOS! Tiene que haber otra solución… Eh… ¡Lo tengo! ¡Hacer que el agujero negro gire tan rápido que se destruya!
Pues parece que, tal vez, un agujero negro podría rotar tan deprisa que su horizonte de sucesos desapareciera (aunque, en un principio, no debería ser posible). Pero no cantes victoria, voz cursiva, porque, aunque este fenómeno dejaría al descubierto la singularidad central, permitiéndonos observarla, el agujero negro en sí no desaparecería ni saldría despedida en todas direcciones. Lo único que conseguiríamos con esta solución es verle la cara al agujero negro antes de que nos trague.
No me consuela demasiado, la verdad. Pero, ¿de verdad no hay ninguna manera de hacer que un agujero negro desaparezca?
Es que piensa en lo que le estás pidiendo al universo, voz cursiva: que una masa equivalente a varias estrellas deje de existir de repente, como si nunca hubiera estado allí en un primer lugar.
Aun así, tengo otro dato que te podría interesar: en realidad, todos los agujeros negros terminan desapareciendo por su cuenta a través de la famosa radiación de Hawking. Dicho en otras palabras, cuando se quedan sin material que engullir a su alrededor, los agujeros negros se empiezan a «evaporar» lentamente mientras emiten su masa al espacio.
¿Pero no decías que nada puede escapar a la atracción gravitatoria de un agujero negro? ¿Cómo van a emitir nada?
Pues porque resulta que la masa no sale de dentro del agujero negro, sino del borde exterior de su horizonte de sucesos. La explicación que se suele dar para este fenómeno es la siguiente.
Igual que la materia y la antimateria se aniquilan entre sí cuando entran en contacto y se convierten en energía, en un lugar donde hay mucha energía acumulada también pueden aparecer pares de partículas y antipartículas. En condiciones normales, estos pares de partículas se verían atraídas por su carga opuesta y se aniquilarían, convirtiéndose de nuevo en energía… Pero, en el borde de un agujero negro, las condiciones son de todo, menos normales: cuando un par de partículas aparece en la energética región que rodea el horizonte de sucesos, la intensa gravedad del agujero negro es capaz de capturar una de las partículas producidas, mientras que la otra sale disparada hacia el espacio.
De esta manera, la pérdida de partículas creadas a partir de la propia energía del agujero negro hace que estos objetos emitan su masa al espacio lentamente.
Pero resulta que esta explicación no termina de ajustarse al fenómeno real porque los agujeros negros que tienen una masa superior a la del sol (todos los que existen en la actualidad, básicamente) sólo emiten radiación de Hawking en forma de radiación electromagnética, no de partículas (comentaba con más detalle la diferencia entre distintas radiaciones en esta otra entrada). Dicho de otra manera, la radiación de Hawking viene a ser lo mismo que el «brillo» del agujero negro, un brillo que se vuelve más intenso a medida que el agujero pierde masa y hace que empequeñezca cada vez más deprisa.
Veamos entonces dónde viene ese «brillo».
Una mejor analogía sería que lo que realmente se produce en el horizonte de sucesos de un agujero negro normal son pares de fotones. Pero, claro, como no existen los «antifotones», esos pares consisten en un fotón con energía negativa y otro con energía positiva. Tras la producción, el fotón con energía negativa vuelve a caer en el agujero negro mientras que el que tiene energía positiva sale disparado hacia el espacio, convirtiéndose en la radiación electromagnética que emite el agujero negro. Los agujeros negros actuales, masivos y poco energéticos, emiten básicamente ondas de radio de onda muy larga.
Como la energía y la masa son equivalentes, esta emisión constante de energía electromagnética de los agujeros negros se traduciría en una lenta pérdida de masa… Pero, de nuevo, aunque este escenario nos pueda ayudar en mayor o menor medida a hacernos una idea de cómo pierde su masa un agujero negro, tampoco estaría describiendo de manera adecuada la realidad, que tiene más que ver con los fenómenos cuánticos que tienen lugar en la región que rodea el horizonte de sucesos del agujero negro.
En cualquier caso, los agujeros negros que existen en la actualidad están perdiendo masa a un ritmo muy lento través de este mecanismo. Por ejemplo, un agujero negro con una masa parecida a la del sol tardaría unos 2×1067 años en evaporarse (uno dos seguido de 67 ceros). Para hacernos una idea de lo abrumadoramente grande que es este número, pensemos que el universo tiene unos 14.000 millones de años o alrededor de 1,4×1010 años, que es lo mismo. Para que la edad del universo igualara el tiempo de evaporación de un agujero negro, habría que añadir 57 ceros a esa cifra y, teniendo en cuenta que cada nuevo cero multiplica la cantidad anterior por 10, os podéis hacer una idea de lo que significa añadir 57 ceros a la edad del universo.
Por este motivo, cualquier agujero negro que se haya formado durante la historia del universo aún es demasiado joven como para haber perdido la más ínfima parte de su masa. De hecho, los agujeros negros actuales están absorbiendo más energía de la radiación de fondo de microondas de la que pierden a través de la radiación de Hawking que emiten (hablaba de la radiación de fondo de microondas en esta otra entrada).
O sea, que cualquier agujero negro que se dirija hacia nosotros nos engullirá muchísimo antes que se evapore.
¡Maldita sea! ¿Y no hay ninguna manera de acelerar el proceso para detenerlo?
Pues parece que no, voz cursiva. El ritmo al que se evapora un agujero negro depende de su tamaño: cuanto más grande es el agujero negro, más débil es la radiación que emite y, por tanto, más lentamente se evapora. A medida que el agujero negro pierde masa, el proceso se acelera cada vez más hasta que se evapora de golpe al final del proceso… Pero, como hemos visto, por muchas perrerías que intentemos hacerle a un agujero negro, lo único que conseguiremos será aumentar su masa, alargando su vida aún más.
De hecho, acelerar su evaporación tampoco sería una buena idea. Sí, vale, la Tierra se libraría de de ser engullida, pero la tremenda cantidad de radiación que emitiría el agujero negro al desaparecer esterilizaría la superficie de nuestro planeta (suponiendo que no lo destrozara por completo). O sea, que la moraleja de esta historia es que no hay manera de destruir un agujero negro.
Pues esperemos que ninguno se acerque hacia aquí.
Esperemos, voz cursiva, esperemos.
Dicho todo esto, inauguro la nueva manera de hacer publicidad no invasiva de Ciencia de Sofá.
35 comments
[…] ¿Se puede destruir un agujero negro? […]
Como siempre, interesantisimo. Gracias Jordi
¿Y enviando el agujero negro a través de un agujero de gusano? ¿O la interacción entre ellos sería catastrófica?
Se fusionarían y acabarías con otro más grande aún 🙁
Supongo que funcionaría, pero no sería «destruirlo» que era el objetivo del Jordi.
Probablemente el agujero de gusano colapsaría, a menos que tengas la manera de generar una energía equivalente a la fuerza de gravedad del agujero negro a fin de mantener el agujero de gusano abierto lo suficiente para transportarlo a otra parte… Si tuviéramos esa cantidad de energía podríamos fácilmente mover simplemente el sistema solar lejos de la trayectoria del agujero negro
Y si pasan dos aguejros negros muchísimo más masivos a cada lado del agujerín negro que quiero destruir. ¿No se separaría parte del agujero pequeño para ir a parar a los grandes, puediendo hacer desaparecer el pequeño?
El agujero negro matiene el momento angular asi que simplemente acelerando su giro lo suficientemente rapido se expandiria lo que bajaria su densidad y volveria a ser una estrella.
Y ¿no se podría redirigir? No se destruiría pero lo evitariamos ¿cuanta masa haría falta para desviarlo?
¿Energía negativa? ¿Cómo es eso? Si la energía es la capacidad para realizar un trabajo… no veo cabida para valores menores que cero…
Entonces? cuando un agujero negro se evapore y pierda masa suficiente como para no poder comprimirse de forma extrema? Se volvera a convertir en una estrella? O Explotara dando lugar a otra galaxia? O se convertira en un planeta de particulas subatomicas? POR DIOS EXPLICALO!
Gracias 🙂
Lo mas sencillo seria curvar el espacio con una serie de agujeros negros cerca de su ruta para ir desviándolo.
Dependiendo de su tamaño con dejarle determinada cantidad de masa para que la engulla se podría desviar….. ¿No?
Supongo que la solución mas sencilla al problema seria mover la tierra de lugar hasta que el agujero pasase. pero lo mismo una vez que pasase no quedaría nada del sistema solar.
Pregunta de un ignorante: si los agujeros que hay tardan mucho en destruirse, y se producen nuevos agujeros, podría llegar un momento en que el universo estuviera lleno de agujeros negros? Gracias
CLARO QUE SI POR QUE DE ECHO EL TERMINO AGUJERO SOLO ES ALGO QUE SE LE OCURRIO ALOS FISICOS PARA ASI LLAMARLOS PERO EN REALIDAD SI ANALIZAS LOS AGUJERON NEGROS NO SON MAS QUE ENORMES CANTIDADES DE MATERIA INERTE COMPRIMIDA A NIVEL INIMAGINABLE, ESE PUEDE SER UNO DE LOS FINALES DE LAS TANTAS TEORIAS QUE HAY DEL FINAL DEL UNIVERSO
Si, de hecho una de las épocas futuras del universo teorizadas se denominada la edad o era de los agujeros negros, en la que toda la materia organizada del universo formará parte de estos, siendo estos los únicos cuerpos que existan en el cosmos.
Es increíble el «hecho» de que tú y el anterior comentarista vengáis a decir lo mismo pero de manera tan distinta. Todo, también las cuestiones científicas, se entienden mejor si se escriben correctamente.
yo siempre he pensado que un agujero negro se evapora tan lentamente que primero termina desgarrando el espacio tiempo debido a su inmensa densidad, algo asi como si metiéramos una bola de billar superpesada dentro de una media y esta se rompiera, lo que produce un bing bang en otro universo u otra region del universo como un agujero gusano. Podria pensar entonces que este es un ciclo muy repetitivo en el multiverso y el bing bang que creo nuestro universo solo es uno de millones de agujeros negros que en algun momento rompieron el tejido espacio temporal vomitando su materia en otra dimension, puede sonar descabellado pero es mi opinion
Yo también he tenido siempre esa idea en la cabeza. Gracias por compartir.
Oueeee eres muy inteligente de hecho stefen hoking acaba de proponer una nueva teoría diciendo básicamente lo que tú acabas de decir
No soy fisico, solo aficionado a la divulgacion, pero una cosa que no he entendido jamas es por que el consenso de que la radiacion de Hawking existe. Estaria bien una entrada sobre esto.
Hay una solución, aunque solo es hipotética (es decir, que perfectamente puede no llegar a existir).
Hay modelos que tratan de explicar qué es la energía oscura, algunos de los cuales implican la existencia de densidades energéticas negativas (bueno, realmente negativas no, sino bajo el nivel de energía de punto cero) o materia exótica y por tanto permiten la existencia de agujeros de gusanos, burbujas warp y espacios ampliados por topología hiperbólica (o espacios de bolsillo).
Si la energía negativa (o materia exótica) existiera, y fuere producible y controlable, implicaría que tal podría ser utilizada en un agujero negro para «eliminar» parte de su masa o, mediante mecanismos más exóticos, podría ser posible acelerar la desintegración predicha por Steven Hawking;
ya que tal desintegración también se basa en la existencia de densidades energéticas negativas (aunque tales sean complementarias y dependientes), lo explicaré mejor:
En los pares de partículas virtuales originados en el vacío, el balance de energía es cero (el conjunto posee la misma energía que el vacío),
por tanto, si la partícula que escapa del agujero negro posee energía,
la otra (la engullida) posee una densidad por debajo del punto cero y por ello restará energía/masa al agujero negro.
El tema de los agujeros negros siempre me ha fascinado, y ya conocía la teoría de la radiación de Hawking. Sin embargo hay algo que me queda confuso en relación a la misma: Si estamos hablando de pares virtuales generados en el horizonte de sucesos en los que uno de los componentes del par equivale a radiación emitida por el agujero negro y el otro cae en el mismo ¿No queda compensada la energía emitida con la adquirida por el agujero negro? En este caso ¿Por qué disminuye la masa del agujero negro?
Porque el agujero negro usa su energía para crear dos particulas, de las cuales solo absorbe una. Es decir, pierde la mitad de la energía, pero partícula a partícula, por ello es tan absurdamente lento. Es como si cada segundo perdieras un átomo de tu cuerpo. Al final de tu vida sería inapreciable tu pérdida de masa, aunque vivieras 10000 años.
Hace unos días incluí un comentario y una pregunta, pero veo que ha desaparecido. Por si se trata de un error del sistema, la vuelvo a plantear
Ya conocía la denominada radiación de Hawking. Lo que me plantea dudas es lo siguiente: Si la base de dicha radiación son los pares virtuales generados en el límite del horizonte de sucesos, en que uno de los elementos del par acaba en el agujero negro y el otro se convierte en el equivalente a radiación emitida por el agujero negro ¿Cómo puede el proceso reducir la masa del citado agujero negro? El elemento del par absorbido por el agujero es una forma de energía (y por tanto masa). ¿No debería este proceso incrementar la masa del agujero en lugar de reducirla?
Pongo también la pregunta en Facebook
Precisamente porque los pares de partículas-antipartículas son virtuales, es decir, en realidad no «existen», por tanto el agujero negro en realidad no tiene nada que tragarse, en cambio la partícula que escapa del horizonte de sucesos, al desaparecer su otro anti par, no puede neutralizarse de nuevo y se vuelve real, y para ello debe de obtener energía de alguna parte, y es parte es el agujero negro, por eso pierden masa.
No soy ningún experto pero creo que se debe a que la fusión nuclear transforma una parte de la materia en calor, el cual se pierde o se enfría en el espacio, no hagas mucho caso es solo mi opinión, pero tengo entendido eso.
Y si (aunque sea imposible) se pusiera un objeto de mayor masa que lo atrajera hacia otro sitio y se fuera moviendo lejos de la tierra.
No me convence tu interpretación del efecto. Las partículas virtuales son reales en el breve tiempo de su existencia. El efecto casimir es una demostración de ello: dada la cercanía de las placas, el espacio resultante limita las frecuencias en que se pueden producir los pares virtuales. Por ello hay más pares virtuales en la parte externa de las placas que en la interna. La interacción de tales pares con las placas es la que genera la “fuerza atractiva” entre placas. La generación de tal fuerza es una demostración que las partículas virtuales son reales durante su limitada existencia.
Si un par virtual se convierte en real al caer uno de los componentes en el agujero negro, ambos componentes se convierten en reales. Tendrán cargas opuestas, pero ello no afecta ni a su realidad, ni a su efecto de incremento de masa (como ya se ha indicado en el artículo)
El hecho de que sean virtuales, y que por tanto que salgan de repente de la «nada» implica que una de las partículas tiene energía positiva y la otra energía negativa (hablo de energía, no carga), por lo que si la partícula absorbida posee energía negativa contribuirá a la pérdida de masa del agujero negro. Es el mismo caso que el explicado en el artículo con fotones.
[…] ¿Se puede destruir un agujero negro?: “¿La antimateria no reaccionaría con la materia ordinaria que hay dentro del agujero negro y la destruiría? No porque, en primer lugar, es muy probable que la materia que hay dentro de un agujero negro no retenga las propiedades que tenía en el exterior. Quiero decir, que cuando la materia se comprime más allá de los límites de los átomos, se convierte más bien una sopa de partículas aún más fundamentales (como ocurre en el caso de las estrellas de neutrones). En realidad, aún suponiendo que la materia mantuviera su forma dentro de los agujeros negros, disparar antimateria contra ellos seguiría empeorando aún más la situación.” […]
Me temo que existe una confusión. Los pares de partículas virtuales son partículas idénticas con carga opuesta (por ejemplo electrón-positrón). Hablamos pues de carga.
Hablar de energía negativa como forma de anular la masa del agujero negro me parece, como mínimo, confuso. Presupondría que dicha “energía negativa” equivaldría a una masa negativa (que sí anularía la masa contenida en el agujero negro). Sin embargo no hemos observado masa negativa en el universo (Salvo un muy reciente experimento que, en condiciones muy determinadas, parece darse, y que presenta características muy especiales –Si se le aplica una fuerza se mueve en dirección opuesta a la habitual en la materia normal- Pero es algo muy reciente y pendiente de su desarrollo teórico).
Por eso sigo sin ver claro el mecanismo.
Interesante, entonces si pudiera dirigir el agujero negro más pequeño que sea posible de fabricar, podría destruir la estrella más grande del universo?
Los neutrones disparados de su fusión nuclear atraidos por el agujero chocarían con la sopa impenetrable de quarks neutralizando su velocidad, luego los átomos de hidrógeno contenidos en la estrella al no tener neutrones que alimenten la fusión también colapsarían por la gravedad de la sopa. Sería algo así como un extintor de estrellas, no importa el tamaño que esta tenga.
Me parece interesante este artículo, debido a que las personas tenemos esa precaución siempre de luchar cuando algo malo nos va a pasar. Siempre buscamos maneras de solucionarlo y pienso que una de ellos es enviar robots inteligentes para ver que sucede en el espacio. Para ello les invito a ingresar en la Carrera de Mecatrónica de la Universidad Politécnica Salesiana https://www.ups.edu.ec/web/guest/ingenieria-mecatronica-cuenca
Yo no entiendo una mierda pero me gusta leer esto :,v