Límite de agujeros negros en los alrededores (y II)

1993/05/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Como es lógico, la estructura de los agujeros negros que están girando (agujeros negros de Ker) es más compleja que la de los que no tienen giros, por lo que los fenómenos que pueden producirse alrededor de la frontera son también más singulares. En esta ocasión presentamos una curiosa idea basada en esta peculiar estructura, una conjetura que nos introduce casi en el ámbito de la ciencia ficción: el proceso de sustracción de energía al agujero negro.

Comenzamos, sin embargo, aclarando la estructura de los agujeros negros de Ker y explicando posteriormente este proceso. La figura 1 nos ayudará en este trabajo. Como se puede observar, en el caso del agujero negro con giro, no encontramos el punto singular de densidad infinita en el centro de los agujeros negros estáticos (agujeros negros de Scharzschill). La singularidad es ahora un anillo situado en el plano ecuatorial. Este anillo, además, no es el destino inevitable de la materia que cae al agujero negro. Es posible caminar por el agujero negro sin caer a la singularidad, sobresaliendo fuera del plano en el que se encuentra o pasando por el anillo.

En cuanto al límite del agujero negro, lo que hacíamos en el caso del agujero negro estático con un solo límite denominado “horizonte de eventos”, ahora lo explicaremos a través de tres superficies. La superficie que hemos dibujado en la figura 1 con el nombre de “horizonte exterior” es el verdadero límite del agujero negro giratorio, es decir, si caemos dentro del mismo, no se puede salir hacia fuera. El horizonte interior es el límite de cualquier señal emitida por la singularidad del anillo, ya que no es posible su propagación exterior. ¿Cuál es, por tanto, la peculiaridad del límite estático? En el agujero negro de Schwarzschill, el límite de los sucesos no sólo era el límite del agujero negro, sino también el límite de que el tiempo expuesto en el número anterior se "congelaba".

En el agujero negro de Ker este último fenómeno se produce en el límite estático. Como veremos más adelante, esta distinción entre el horizonte exterior y el límite estático es la que nos permite robar energía al agujero negro. El espacio entre las dos superficies mencionadas se llama ergosfera. Pero para entender cómo se puede hacer la extracción de energía, debemos hacer algunas observaciones sobre la dinámica de los agujeros negros.

Como es sabido, para describir completamente el agujero negro son suficientes tres datos: masa, momento angular y carga. A cada una de estas magnitudes le corresponde un tipo de energía: la primera, la correspondiente a la masa inerte, la segunda, la energía de giro correspondiente al momento angular y finalmente, la energía eléctrica correspondiente a la carga. Por otra parte, el estado dinámico del agujero negro se puede expresar mediante dos parámetros: la superficie del agujero negro (la superficie del horizonte de eventos) y la gravedad superficial, es decir, el valor de la aceleración de la gravedad sobre el horizonte de eventos. Si el agujero negro sufre cualquier variación, por ejemplo por ingestión de más materia, su nueva masa y su momento angular pueden calcularse bajo la función de las dos magnitudes citadas.

Concretamente, la superficie del agujero negro está estrechamente ligada a su masa. Cualquier transformación, al no poder extraer la materia del agujero negro, nunca puede reducirse la superficie del agujero negro. Por lo tanto, la energía asociada a la masa no puede salir del agujero negro en ningún caso, pero D. Christodolou demostró que los otros dos tipos de energía son extraíbles. Desde este punto de vista, desde el agujero de Schwarzshild, es decir, sin giro ni carga, no se puede extraer ninguna energía, pero sí desde el agujero negro giratorio o con carga. Se han inventado teorías de proceso para sacar ambos tipos de energía. En esta ocasión R. Explicaremos lo diseñado por Penrose.

Básicamente, el proceso es el que se muestra en la Figura 2. Pensemos que hemos lanzado un cohete hacia el agujero negro y cuando entra en la ergosfera se divide por la mitad. Si uno de los fragmentos se desmorona al agujero negro siguiendo una órbita retrógrada, una órbita contra la dirección de giro del agujero negro, al entrar en el agujero negro su momento angular disminuye. La otra parte puede volver de la ergosfera, con más energía de la que tenía el cohete inicial.

C. Mizner, K. Thorne y J. Wheeler podría conseguir R. Propusieron una vía de aprovechamiento de la idea de Penrose. Las líneas maestras de este camino se ilustran en la figura 3. La plataforma que se puede ver en ella está bastante alejada del agujero negro para que no se vea afectada por las fuerzas mareales. Se considera que en la plataforma existe un polígono industrial con la anchura deseada. Todas las basuras y residuos que se generen se recogerían en contenedores y se tirarían hacia el agujero negro desde un lugar apropiado.

Una vez que el contenedor entra dentro de la ergosfera se abriría y la basura se depositaría en una de las órbitas retrógradas mencionadas anteriormente, y posteriormente se sacaría de la ergosfera, recuperándose en un “puerto” adecuado de la plataforma. Un generador afectado por la energía cinética de los contenedores daría lugar a un fuerte abastecimiento del polígono. Por lo tanto, toda la basura se destruiría sin ningún efecto perjudicial y a cambio se recogería su equivalente energético y otra cantidad robada al agujero negro. La propuesta es insostenible.

EFEMÉRIDES SOL: el 21 de mayo entra en Géminis 1h 1min (UT). LUNA: LUNA LLENA CUARTO MENGUANTE LUNA NUEVA CUARTO CRECIENTE díahora (UT) 63 h 34 min 1312 h 20 min 2114 h 6 min 2818h 21min PLANETAS MERCURIO: este mes es muy difícil de ver porque el día 16 está en conjunción superior. VENUS: podremos verla a la mañana en mejores condiciones, pero todavía tenemos poco tiempo antes de empezar a cubrir las luces del amanecer. MARTITZ: está visible en el cielo nada más oscurecerse. Desaparece en las proximidades de 1h 30min (UT) al comienzo del mes y a final de mes para 0h (UT). JÚPITER: podemos verlo atravesando el cielo durante toda la noche. Sin embargo, para finales de mes comienza a esconderse antes de amanecer. SATURNO: sale en la segunda mitad de la noche. Inicialmente hacia las 3h (UT), pero antes de las 1h (UT) para el final.