Límit de forats negres als voltants (I)
1993/04/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria
El fet que per a descriure els forats negres la seva massa, el moment angular, i potser només requereix càrrega, pot portar-nos a considerar-los en certa manera com un objecte simple. En qualsevol cas, la imatge dels forats negres, que són objectes invisibles perquè absorbeixen tot el que hi ha al seu voltant i no deixen escapar la llum, és massa senzilla. A continuació intentarem completar una mica aquesta imatge analitzant l'estructura dels forats negres. En aquesta ocasió ens limitem als sense moviment de rotació.
Segons la imatge dels forats negres estàtics que ens dóna la teoria de la relativitat general, aquests són esfèrics, però la matèria que ingereixen no compleix el volum total corresponent al radi de Schuwarschils. El radi de Schwarzschill es considera el límit del forat negre, ja que la matèria que cau a l'esfera definida per ell no pot sortir d'ella, però aquesta esfera no està plena de matèria i no té la superfície tan compacta com pot tenir una estrella de neutrons o un planeta.
A la closca imaginària que defineix el radi de Schwarzshild se li sol denominar l'horitzó dels fets i, com hem dit, no és més que un límit. La matèria que la travessa no sofreix cap efecte especial. Una vegada passat l'horitzó dels fets, la matèria segueix el seu viatge i tot s'acumula en el centre de l'esfera en un punt de densitat infinita. Per descomptat, aquest tipus de punts genera grans maldecaps als científics i se li ha posat un nom especial: el punt singular. No obstant això, parlarem d'això al final, ja que hem d'aclarir una mica la naturalesa de l'horitzó dels primers esdeveniments. Per a això seguirem a un hipotètic astronauta en el seu viatge fins a submergir-nos en el forat negre.
Com és sabut, la teoria de la relativitat general no descriu la gravetat com a força que es transmet sense contacte. En la teoria d'Einstein l'espai i el temps formen un tot únic i la gravetat és el resultat de la deformació que produeix la massa en la geometria espaciotemporal del seu entorn. L'espai/temps buit sense massa és totalment pla, però si hi ha matèria, la geometria de l'espai/temps s'inclina i aquesta inclinació o curvatura és la que mou les masses.
Com la curvatura espaciotemporal disminueix amb la distància, la influència sobre les regions allunyades del forat negre és baixa o gairebé nul·la. Per tant, el nostre astronauta no tindria cap problema en aquestes regions per a moure's lliurement. Per contra, com més prop del forat negre, més potència hauria d'utilitzar els motors de l'espai si no volgués romandre quiet o caure en un lloc. No obstant això, l'alta potència del motor no ens importa, perquè el nostre viatge té un forat negre d'objectiu. No obstant això, si es vol viatjar i recórrer el forat negre, l'astronauta hauria de pensar bé en els forats negres que envolten el seu espai. Hauria de triar un forat negre gran. En cas contrari, la força de marea creada pel forat negre destruiria l'espai i el seu contingut. Però explicarem aquest problema més a poc a poc.
Com és sabut, la força de la gravetat disminueix en funció de la distància a la massa que la produeix. En el cas dels astres de menor massa com la Terra o la Lluna, els efectes d'aquesta dependència de la distància de la força no són molt violents, però en absolut menyspreables. Per exemple, les marees provocades per la Lluna en la Terra es deuen al fet que la força d'atracció de la Lluna és major que en l'oposada a la Terra que mira al nostre satèl·lit. Si considerem que l'astronauta està dempeus en l'espai, la força que el forat negre atraurà les cames serà major que la que atregui el cap.
Tant en el sòl com en els astres amb massa i densitat d'estrelles, encara que a pocs metres aquesta diferència és totalment menyspreable, en el cas dels forats negres pot ser suficient per a allargar i triturar l'astronauta com un spaghetti. Per exemple, pensem que el cos humà no pot suportar tensions o pressions cent vegades superiors a la pressió atmosfèrica normal. En aquest cas, en el forat negre de 10 ms, el radi del qual seria de 30 km, l'astronauta moriria 400 km per sobre de l'horitzó dels successos.
No obstant això, la intensitat de les forces mareals depèn de la densitat de la matèria que les produeix. A l'ésser el forat negre més massiu la densitat és menor, la geometria de l'espai/temps es corbarà menys i les forces mareals seran menors. Per exemple, l'astronauta no tindria cap problema a travessar l'horitzó d'un forat negre de 1000 ms.
Una vegada analitzat el punt de vista de l'astronauta, a continuació tractarem de respondre a una nova pregunta: com veuríem si aquest trànsit des de la Terra estaríem controlant el vol de l'espai? Per a respondre a aquesta pregunta hem de tenir en compte que, segons la teoria de la relativitat general, el temps no passa igual per a dos observadors que es mouen amb acceleració relativa. Per tant, el temps que mesuraria l'astrònom no seria el mateix que el que es mesuraria de la Terra.
El temps que mesura l'observador que viu el succés que volem analitzar es diu temps propi i temps aparent als altres. Per exemple, el temps que mesura el temps aparent entre dos fenòmens és sempre més llarg que el que es mesura en temps propi; és més llarg com més gran és l'acceleració relativa. Per això, en passar l'horitzó dels successos, en moure's l'espai amb una acceleració molt elevada, encara que els intervals de temps que mesura l'astrònom siguin finits, els que es mesurarien en el temps aparent augmentarien indefinidament. Per a comprendre millor el que es vol dir, pensem que hem parlat amb l'astrònom perquè ens faci un gest en passar l'horitzó dels fets.
En l'apartat a) de la figura 1 es pot veure com una càmera en l'espai gravaria el gest. Com es veu, la tercera fotografia és la que correspon al pas i no ocorre gens especial. En l'apartat b) es pot veure com rebríem l'enregistrament en la Terra, és a dir, les imatges que rebríem mesurant els mateixos intervals aparents. Al principi, el que veuríem en la nostra pantalla i les seqüències de l'apartat a) serien les mateixes, però a mesura que l'espai s'aproxima a l'horitzó, les imatges que rebríem en els mateixos intervals de temps serien gairebé iguals, ja que l'astronauta ens ensenyaria el moment en què l'horitzó travessa. D'alguna manera, el temps i les imatges es congelen. Les dues fotos després de l'horitzó mai arribarien, clar, perquè del forat negre no es pot treure res. Dit d'una altra manera, les imatges que salin del contorn del forat negre, o finalment les radiacions, s'obtenen amb una freqüència cada vegada més aparent. Per això, a més, la radiació es desplaça cap al vermell, perd energia i la intensitat en la imatge és cada vegada més feble.
La corba “Temps mesurat des de la terra” de la figura 2 ens indica també el que acabem d'explicar. L'altra corba representa el temps propi i, com es veu, segueix sense experimentar cap canvi, fins i tot després de ficar-se en el forat negre (representat per ratllat en la imatge). S'observa que el viatge imprescindible fins a la singularitat es produeix també en un temps propi finit. Per exemple, per a un forat negre de 10 ms, aquest temps seria només de fam de segon, i per a un que es formaria en el nucli d'una galàxia seria també d'una hora. No obstant això, quan parlem de qüestions dins dels forats negres, hem de tenir en compte que el punt singular que prediu la teoria de la relativitat general és un punt molt especial i incomprensible en el qual la nostra teoria perd tota la seva capacitat per a descriure el que prediu o alguna situació. Per això, molts consideren que la dinàmica dins del forat negre no pot ser estudiada amb una base mínima mentre que la teoria d'Einstein no es desenvolupa tenint en compte els principis de la mecànica quàntica, és a dir, mentre no es desenvolupa la gravitació quàntica.
EFEMÈRIDES SOL: 20 d'abril, 1 h 49 min (UT) entra en Taure.
PLANETES
|
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
