UN PAR DE PELOTAS PARA ENTENDERLOS MEJOR

Cómo simular un agujero negro de forma casera

Los agujeros negros son producto de la teoría de la relatividad de Einstein. Todavía no hemos visto ninguno directamente, tan solo hemos visto los efectos que producen en sus inmediaciones, pero con unas herramientas caseras podemos ver cómo funcionan y comprenderlos un poco mejor.

A la izquierda se muestra la deformación del espacio tiempo debido al campo gravitatorio del Sol (arriba), de una enana blanca (centro) y de una estrella de neutrones (abajo). A la derecha se muestra lo que produce un agujero negro, donde se muestra dónde se situaría el horizonte de sucesos (Event Horizon) y la última órbita estable antes de precipitarse hacia el agujero negro (Last stable orbit). NASA

Ya explicamos en su día cómo se forman los agujeros negros, pero una cosa es la formación y otra su comprensión ¿Qué ocurre en las inmediaciones de un agujero negro? Nada mejor que un símil muy sencillo de imaginar: sólo hace falta la superficie elástica de un globo -bastante grande- y un par de pelotas.

En primer lugar recortamos un cuadrado de la superficie de nuestro globo, por ejemplo de un metro por un metro, y lo fijamos a los bordes de un bastidor también de un metro por un metro de forma que la superficie quede ligeramente en tensión. La membrana formada compondrá nuestro espacio-tiempo.

Ahora bien, nuestra primera pelota, de 5 centímetros de diámetro, tendrá una masa de un kilo. Cuando la pongamos en la membrana, ésta se deformará por acción de la masa de la pelota creando una perturbación en forma de depresión. Esto es equivalente a decir que el espacio-tiempo se ve afectado por el campo gravitatorio de cualquier objeto con masa.

Nuestra segunda pelota, de un centímetro de diámetro, tendrá una masa de 100 gramos y la situaremos a unos 30 centímetros de la más grande. Como en el caso anterior, por el hecho de tener masa, la pelota pequeña también provocará una deformación. Pero ocurrirá que ésta última estará dentro de la deformación provocada por la grande, viéndose atraida hacia ella.

Esto quiere decir que la pelota pequeña y su perturbación del campo gravitatorio son afectados por la perturbación de la más grande ¿Qué podríamos hacer para que la pelota pequeña, aun estando cerca de la grande, no se precipite hacia ella? Sencillo: ponerla en órbita.

Si la trayectoria de la bolita pequeña y su velocidad son adecudas (y suponiendo que el coeficiente de rozamiento de la membrana es cero, que es mucho suponer) podemos hacer que la pequeña quede orbitando a la grande.

Imaginemos ahora que nuestra esfera de un kilo se va comprimiendo poco a poco hasta tener un diámetro de un milímetro manteniendo el 90% de su masa. Como la superficie en contacto con la membrana es menor, la presión que ejerce es mayor y, por tanto, la deformación que se produce en la membrana es muchísimo más acentuada, pasando de tener una pequeña depresión a tener un embudo bastante profundo. Ya tenemos nuestro agujero negro.

Ahora cualquier objeto que se acerque demasiado a la perturbación se verá atraido hacia nuestro agujero negro casero y no podrá escapar, a menos que supere una cierta velocidad. Esto podría suceder en nuestro globo, pero no en la realidad, ya que la velocidad a superar es la de la luz, y eso, según la Física actual, no puede superarse.

Con este pequeño símil seguro que ya comprendéis mejor lo que sucede en un agujero negro y la trayectoria que siguen los cuerpos que se acercan a él. Ahora bien, en nuestra simulación, cuando la bola pequeña cae por el embudo, podemos sacarla y volver a repetir el experimento. En el espacio con el agujero negro eso no sucede ya que todo lo que cae al agujero negro sencillamente desaparece del universo observable sin saber qué ha ocurrido con esa porción de materia...