¿Qué es un agujero negro?
Un agujero negro es esencialmente una región del espacio donde la atracción de la gravedad es tan fuerte que incluso la luz, la cosa más rápida del universo, no puede escapar. Es esta propiedad de absorber toda la luz lo que da a los agujeros negros la apariencia de estar completamente desprovistos de color, de ahí el término "agujero negro". Es una región de densidad extremadamente alta, ya que la materia ha sido comprimida en un espacio relativamente pequeño. Este tipo de compresión extrema suele tener lugar al final de la vida de una estrella.
La vida de una estrella implica un tira y afloja constante entre su propia gravedad que la empuja hacia adentro y la presión causada por las reacciones de fusión que la empujan hacia afuera. En su mayor parte, estas dos fuerzas se equilibran casi exactamente, por lo que la estrella permanece estable. Eventualmente, sin embargo, la estrella comienza a quedarse sin combustible nuclear para las reacciones de fusión y la gravedad gana la partida. La estrella explota en una poderosa supernova con las partes exteriores expulsadas violentamente al espacio y el núcleo colapsando por completo bajo su propio peso. Después de la supernova, los restos del núcleo de la estrella colapsan hacia adentro hasta un punto de volumen cero y densidad infinita conocido como singularidad.
Nada puede escapar a la atracción de un agujero negro. (Crédito de la foto: Yeti punteado/Shutterstock)
Sería necesario que un objeto se moviera a una velocidad superior a la de la luz para escapar de la poderosa atracción gravitacional de la singularidad. Dado que nada viaja más rápido que la velocidad de la luz, cualquier cosa atrapada en el campo gravitatorio de una singularidad queda sepultada para siempre. El borde de la influencia del campo, donde tendrías que viajar exactamente a la velocidad de la luz para escapar, se llama horizonte de eventos del agujero negro.
Con todo esto en mente, es importante tener en cuenta que el renombrado físico Stephen Hawking descubrió que, de hecho, se expulsaba algún tipo de radiación de los agujeros negros. Dado que sus esfuerzos condujeron a este descubrimiento innovador, se conoce naturalmente como Radiación de Hawking.
¿Qué es la radiación de Hawking?
En 1975, Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros no son tan "negros" como se pensaba anteriormente. Poseen un ligero brillo en virtud de alguna radiación proveniente de ellos que consiste en fotones, neutrinos y una variedad de partículas más grandes.
Hawking descubrió que los agujeros negros no están tan desprovistos de color, como pensaban los expertos (Crédito de la foto: Wikimedia Commons)
Hay pares de partículas y antipartículas que se forman y aniquilan continuamente en la vasta extensión del espacio, pero cuando estos pares de partículas y antipartículas aparecen en el borde mismo de la influencia de la atracción gravitatoria de un agujero negro, una de las partículas es absorbida, mientras que la otra. se emite como radiación. Este fenómeno único se llama Radiación de Hawking. La partícula expulsada emite una cantidad de energía calculada por la famosa ecuación de Einstein E=mc 2 . Por supuesto, la siguiente gran pregunta fue: si un agujero negro produce tanta energía, ¿hay alguna forma de aprovecharla?
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¿Se puede utilizar un agujero negro como fuente de energía?
Teóricamente, un agujero negro podría actuar como una fuente de energía, pero no sería lo suficientemente fuerte o confiable. Un agujero negro con la masa de nuestro sol tardaría medio billón de veces la edad del universo en irradiar suficiente energía para encender una sola bombilla . Cuanto más masivo es el agujero negro, menor es el poder de radiación y, en consecuencia, menor es la radiación de Hawking. Esto se debe a que un agujero negro que es demasiado grande poseería una atracción gravitacional imposiblemente fuerte, lo que permitiría que escapen niveles prácticamente indetectables de radiación de Hawking.
Por otro lado, un agujero negro mucho más pequeño tendría un campo gravitatorio inestable y, por lo tanto, emitiría radiación de Hawking a un ritmo mucho más significativo.
Sin embargo, podríamos crear un agujero negro artificial, no más grande que una pequeña canica, que podría producir una cantidad sustancial de radiación de Hawking para que funcione como una fuente de energía viable.
Kugelblitz
Si bien aún faltan al menos unas décadas para crear uno con éxito, tenemos teorías prometedoras sobre cómo podríamos hacerlo. En 1955, John Wheeler sugirió que si concentramos suficiente energía pura en una pequeña región del espacio, esa energía podría crear un agujero negro microscópico que denominó " Kugelblitz " (relámpago en bola). Los científicos han tenido cierto éxito en este campo con la ayuda de los láseres de rayos gamma. Este agujero negro artificial podría describirse utilizando las ecuaciones de Karl Schwarzschild, de ahí su nombre completo, Kugelblitz Schwarzschild (SK).
Un pequeño agujero negro podría producir una cantidad astronómica de energía (Créditos de las fotos: Pixabay)
Para ser adecuado, este agujero negro tendría que ser lo suficientemente pequeño para expulsar una cantidad significativa de radiación, pero lo suficientemente grande como para que no se vaporice inmediatamente. Tendríamos que establecer un tamaño de Ricitos de Oro de un agujero negro para poder usarlo efectivamente como fuente de energía. Según Hawking, necesitaríamos algún tipo de generador de agujeros negros, posiblemente creado usando láseres de rayos gamma y un escudo esférico, para albergar este generador y el propio agujero negro. Si somos capaces de lograr esto, podríamos generar suficiente energía para alimentar nuestras ciudades durante generaciones.
¿Qué es una nave estelar de agujero negro?
Una de las ideas más ambiciosas para una nave estelar interestelar en la comunidad científica es una nave estelar de agujero negro. En concreto, se trataría de una nave estelar equipada con un motor ' Kugelblitz Schwarzschild ' (SK). Básicamente, sería un motor con un pequeño agujero negro en el centro, lo que le otorgaría un impulso increíblemente poderoso.
Una nave estelar impulsada por un agujero negro podría ser la respuesta al viaje interestelar (Crédito de la foto: Pavel Chagochkin/Shutterstock)
Teóricamente, una unidad SK atraparía la radiación de Hawking emitida por la descomposición del agujero negro y la convertiría en energía que impulsaría la nave estelar hacia adelante a casi un 10% de la velocidad de la luz. Cada agujero negro no duraría mucho, debido a su pequeño tamaño y rápida descomposición, por lo que la nave vendría equipada con láseres de rayos gamma para producir agujeros negros 'bajo demanda'.
Sí, técnicamente, una nave espacial impulsada por un agujero negro no está fuera del ámbito de la posibilidad. Una vez que la tecnología se ponga al día con nuestras ambiciosas teorías, ¡podremos dejar atrás la Tierra e ir valientemente a donde nadie ha ido antes!
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Referencias
- NASA
- espacio.com
- Universidad de Cornell
- Universidad de California, Riverside
- Sitio Hubble
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¿Tiene un agujero negro mucha energía?
Una predicción notable de la teoría de la relatividad general de Einstein, la teoría que conecta el espacio, el tiempo y la gravedad, es que los agujeros negros en rotación tienen enormes cantidades de energía disponibles para ser aprovechadas.
¿El agujero negro tiene energía infinita?
No, la energía de un agujero negro no es infinita. Depende de su masa, momento angular y carga. La densidad infinita en un punto no se traduce en energía infinita en el sentido E=mc2.
¿Cuánta energía necesita un agujero negro?
Factibilidad de producción
En la gravedad tridimensional familiar, la energía mínima de un agujero negro microscópico es de 10 16 TeV (equivalente a 1,6 GJ o 444 kWh), que tendría que condensarse en una región del orden de la longitud de Planck. Esto está mucho más allá de los límites de cualquier tecnología actual.