¿Te salvará un cable fuerte, o es tu destino una conclusión inevitable?

Nadie ha podido aún, y no podrá evitar las consecuencias de sus decisiones.
- Alfred A. Montapert

Todos pueden enviar sus preguntas y sugerencias a mi columna, pero solo unos pocos tendrán la suerte de recibir una respuesta. Esta semana, el honor es para el usuario klooloola, que quiere aclarar la existencia de oportunidades para escapar de un agujero negro. Un fotón, por supuesto, no puede escapar de él, pero tal vez otra cosa sí, si arreglamos todo de la siguiente manera:

Me pregunto si es posible salir de un agujero negro. No acelerando a una velocidad desbocada, sino usando un elevador hipotético. Entonces no tienes que volar más rápido que la luz. No tienes que superar la primera velocidad cósmica subiendo el elevador. Una gran nave fuera del horizonte de sucesos de un gran agujero negro con pequeñas fuerzas de marea podría colgar a un hombre en un cable, bajarlo más allá del horizonte de sucesos y luego tirar de él hacia atrás.

Interesante idea. Veamos si es posible, o cualquier otro método.

Un agujero negro no es solo una singularidad superdensa y supermasiva en la que el espacio es tan curvo que todo lo que cayó allí no puede escapar. Por lo general, lo imaginamos de esa manera, pero un agujero negro, para ser precisos, es una región del espacio alrededor de tales objetos de la que ni la materia ni la energía, ni siquiera la luz, pueden escapar.

No hay nada particularmente exótico aquí. Si toma el Sol como está y lo comprime a varios kilómetros de diámetro, obtendrá exactamente un agujero negro. Aunque el Sol no está en peligro de tal transformación, hay estrellas que se convertirán en agujeros negros así como así.

Las estrellas más masivas del Universo son estrellas con una masa superior a la solar de veinte, cuarenta, cien, o incluso en el centro del supercúmulo en la foto de arriba, 260 veces los objetos más azules, más calientes y más brillantes. También queman el combustible nuclear más rápido en su núcleo: en solo uno o dos millones de años en lugar de miles de millones, como lo hace el Sol.

Cuando una estrella se queda sin combustible, los núcleos de átomos en su interior están sujetos a una enorme presión gravitacional: tan fuerte que sin la presión de respuesta de la radiación que surge durante la fusión nuclear, colapsan. En situaciones menos extremas, se acumula tanta energía en los núcleos y electrones que, como resultado de la síntesis, se convierten en una masa ligada de neutrones. Si la masa del núcleo es varias veces mayor que la masa del Sol, estos neutrones son tan densos y masivos que también colapsan y se convierten en un agujero negro.

Tenga en cuenta que esta es la masa mínima de un agujero negro: unas pocas masas solares. Los agujeros negros pueden crecer mucho más al fusionarse, absorber materia y energía y moverse al centro de la galaxia. En el centro de la Vía Láctea, se encontró un objeto con una masa de cuatro millones de rayos solares, alrededor del cual giran las estrellas individuales, y que al mismo tiempo no emite luz a ninguna longitud de onda.

En otras galaxias, pueden existir agujeros negros más masivos, miles de veces más grandes que los nuestros, y no existe un límite superior teórico para su masa. Pero aún no hemos mencionado dos propiedades interesantes de los agujeros negros, que deberían llevarnos a la respuesta a la pregunta de hoy. El primero es lo que le sucede al espacio a medida que aumenta la masa de un agujero negro.

Según la definición de un agujero negro, ningún objeto puede escapar de su atracción gravitacional, independientemente de su velocidad, incluso si es igual a la velocidad de la luz. Este límite entre el lugar donde el objeto puede escapar y donde no puede, se conoce como el horizonte de eventos, y cada hoyo lo tiene.

Puede sorprenderte, pero la curvatura del espacio es mucho menor en el horizonte de eventos alrededor de los agujeros negros más masivos, y mucho más alrededor de los menos masivos. Imagine lo siguiente: si se “parara” en el horizonte de eventos de un agujero negro, y sus pies estuvieran justo en el borde, y su cabeza estuviera en algún lugar a 1,6 metros de la singularidad, su cuerpo se vería afectado por la fuerza que lo estira. Si se tratara de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia, esta fuerza de tracción sería solo el 0.1% de la gravedad de la Tierra. Y si la Tierra se convirtiera en un agujero negro, y usted se parara en su horizonte de eventos, ¡entonces la fuerza de tensión sería 10 ²⁰ veces más fuerte que la gravedad!

En tales condiciones, tuvimos que verificar la suposición del lector. Por supuesto, si estas fuerzas de tensión son tan pequeñas en el límite del horizonte de eventos, no deberían ser mucho más grandes dentro de él, y por lo tanto, dadas las fuerzas electromagnéticas que sostienen objetos sólidos, tal vez podríamos suspender el objeto fuera del horizonte de eventos, cruzarlo y luego estirarlo Objeto de vuelta.

Pero es posible? Para entenderlo, volvamos a lo que está sucediendo en el límite entre la estrella de neutrones y el agujero negro: en el límite de la masa requerida.

Imagine que tiene una bola de neutrones increíblemente densa, de la cual un fotón aún puede escapar de la superficie, en lugar de tener que caer de nuevo sobre la estrella. Colocamos otro neutrón en su superficie, y de repente el núcleo perderá la capacidad de contener el colapso gravitacional. Pero nos desviamos de los pensamientos sobre lo que está sucediendo en su superficie, e imaginamos lo que está sucediendo dentro de la región de la formación del agujero negro.

Imagine un neutrón separado que consiste en quarks y gluones, e imagine que los gluones necesitan moverse de un quark a otro para transferir las interacciones.

Uno de los quarks estará más cerca de la singularidad en el centro del agujero negro que el otro. Para el intercambio de interacciones, y para la estabilidad del neutrón, el gluón tendrá que moverse en algún momento del quark cercano al lejano. Pero incluso a la velocidad de la luz (y los gluones no tienen masa) ¡esto es imposible! Todas las geodésicas cero, es decir, los caminos por los que pasa un objeto que se mueve a la velocidad de la luz, conducen a una singularidad en el centro del agujero negro. Además, nunca se alejan más de él que cuando comenzó el viaje.

Por lo tanto, el neutrón dentro del horizonte de eventos del agujero negro tiene que colapsar y convertirse en parte de la singularidad en el centro.

Volvemos por ejemplo con un cable. Cuando cualquier partícula cruza el horizonte de eventos, ya es imposible que regrese, incluso para la luz. Pero son precisamente los fotones y gluones los que se necesitan para transferir interacciones con partículas fuera del horizonte de eventos, ¡y no pueden llegar allí!

Esto no significa que el cable se rompa. Lo más probable es que la fuerza de la gravedad arrastre toda tu nave al agujero. Por supuesto, las fuerzas en ciertas condiciones no lo desgarrarán, pero esta no es la razón por la cual el deseo de una singularidad se vuelve inevitable. Esta es una increíble fuerza de atracción y el hecho de que las partículas de cualquier masa, energía y velocidad solo pueden enviarse a la singularidad inmediatamente después de cruzar el horizonte de eventos.

Y, desafortunadamente, por esta razón, es imposible salir de un agujero negro después de cruzar el horizonte de eventos. ¡Gracias por la maravillosa pregunta y espero que hayas disfrutado la explicación! Envíame tus preguntas y sugerencias para los siguientes artículos.

Pregúntele a Ethan No. 81: ¿Es posible salir de un agujero negro?

¿Te salvará un cable fuerte, o es tu destino una conclusión inevitable?

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