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Qué verías mientras caes en un agujero negro?

Comenzó con una explosión. . .

El universo está ahí fuera, esperando que lo descubras

Qué verías mientras caes agujero negro?

Mientras que los agujeros negros se muestran comúnmente como regiones oscuras que parecen comer la materia parecida a un disco a su alrededor, lo que realmente verías es muy diferente de esta representación. Particularmente si te caíste dentro. Crédito de la imagen: Bibliotecas de Birmingham

Por Ethan Siegel, para Forbes Enero 19 de 2018

Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.

Qué verías mientras caes agujero negro?

*El agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, Sagittarius A , se enciende con rayos X cada vez que se devora la materia. Todavía no hemos fotografiado directamente el agujero negro allí, pero el telescopio Event Horizon, desde 25,000 años luz de distancia, pretende cambiar eso. Crédito de la imagen: Rayos X: NASA / UMass / D.Wang y otros, IR: NASA / STScI

En el centro de nuestra galaxia, hemos podido observar los movimientos de las estrellas alrededor de una masa central de puntos con una masa de alrededor de 4 millones de masas solares que no emiten luz en absoluto. Este objeto en particular, Sagittarius A *, es un candidato seguro para un agujero negro, algo que podemos decir directamente midiendo las estrellas que lo orbitan durante dos décadas completas.

Stellar orbits in the Galactic Center have revealed the existence of a supermassive black hole. The movie to the...

link: https://www.youtube.com/watch?v=D5jTfn3K_Ek

Pero hay una cantidad de cosas contraintuitivas que ocurren cuando te acercas al horizonte de sucesos de un agujero negro, y las cosas empeoran una vez que lo cruzas. ¡Hay una razón muy, muy buena por la que una vez que te lanzas sobre esa barrera invisible, nunca puedes salir! Esto sigue siendo cierto sin importar en qué clase de agujero negro haya caído, ni siquiera si tuviera una nave espacial capaz de acelerar en cualquier dirección a una velocidad arbitrariamente grande. Resulta que la Relatividad General es una amante muy dura, particularmente cuando se trata de agujeros negros. La razón tiene todo que ver con el mayor logro de Einstein, celebrar su centenario este año: todo por la forma en que un agujero negro, único entre las masas, dobla el espacio-tiempo.

Qué verías mientras caes agujero negro?

La estructura del universo, el espacio-tiempo, es un concepto difícil de entender. Pero, gracias a la relatividad general de Einstein, estamos preparados para el desafío. Mientras que las masas normales curvan este espaciotiempo de manera significativa, solo los agujeros negros realmente lo curvarán en una cantidad infinita en el punto (s) donde existe una singularidad. Crédito de la imagen: usuario de Pixabay JohnsonMartin

Cuando estás muy lejos de un agujero negro, el tejido del espacio es menos curvado. De hecho, cuando estás muy lejos de un agujero negro, su gravedad es indistinguible de cualquier otra masa, ya sea una estrella de neutrones, una estrella regular o simplemente una nube difusa de gas. El espacio-tiempo puede ser curvo, pero todo lo que puedes decir en tu ubicación distante es que se debe a la presencia de una masa, no a las propiedades o distribuciones de esa masa. Pero si miraras con los ojos, en lugar de una nube de gas, estrella o estrella de neutrones, habría una esfera completamente negra en el centro, desde la cual no se vería ninguna luz. (De ahí el "negro" en el apodo "agujeros negros" ).

Qué verías mientras caes agujero negro?

La materia, los campos magnéticos y las partículas aceleradas se combinan para crear el espectáculo visual alrededor de los agujeros negros, que nunca hemos visto; solo calculado y visualizado a través de impresiones de artistas como esta. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech

Esta región esférica, conocida como el horizonte de sucesos, no es una entidad física, sino más bien una región del espacio, de un cierto tamaño, de la que no puede escapar ninguna luz. Desde muy lejos, parece ser del tamaño que realmente es, como era de esperar. En otras palabras, al acercarse a un agujero negro, literalmente se vería como un agujero de negrura total recortada contra el fondo del espacio, con la luz del entorno circundante fuertemente distorsionada.

Qué verías mientras caes agujero negro?

Una visualización de lo que sería un agujero negro recortado contra el telón de fondo de la Vía Láctea. Crédito de la imagen: equipo SXS; Bohn et al. 2015

Para un agujero negro la masa de la Tierra, esta esfera sería pequeña: alrededor de 1 cm de radio, mientras que para un agujero negro la masa del Sol, la esfera estaría más cerca de 3 km de radio. Si escalaras la masa (y por lo tanto, el tamaño) hasta llegar a un agujero negro supermasivo, como el que está en el centro de nuestra galaxia, sería más parecido al tamaño de una órbita planetaria o una estrella gigante roja como Betelgeuse.

Qué verías mientras caes agujero negro?

El agujero negro en el centro de la Vía Láctea debe ser comparable en tamaño a la extensión física de la estrella gigante roja Betelgeuse: más grande que la extensión de la órbita de Júpiter alrededor del Sol. Crédito de la imagen: A. Dupree (CfA), R. Gilliland (STScI), NASA

Entonces, ahora estás listo para ver la visualización definitiva: ¿qué sucede a medida que te acercas y eventualmente ingresas en un agujero negro?

Desde una gran distancia, la geometría aparente de lo que ves funciona exactamente como esperarías, haciendo coincidir tus cálculos. Pero a medida que viajas, en tu nave espacial perfectamente equipada e indestructible, comienzas a notar algo extraño al acercarte a este agujero negro. Si reduce a la mitad la distancia entre usted y una estrella, el tamaño angular de la estrella aparecerá dos veces más grande. Si reduce la distancia a la cuarta parte, parecería cuatro veces más grande. Pero los agujeros negros son diferentes.

Qué verías mientras caes agujero negro?

Debido al poder de la Relatividad General para estirar y distorsionar el espacio, la luz que viene de detrás de un agujero negro se doblará a su alrededor, dejando un gran disco de oscuridad, correspondiente al horizonte de sucesos del agujero negro. Crédito de la imagen: Ute Kraus, grupo de educación física Kraus, Universitat Hildesheim

A diferencia de todos los otros objetos a los que está acostumbrado, donde parecen ser visualmente más grandes en proporción a la distancia que está lejos de ellos, este agujero negro parece crecer mucho más rápido de lo que esperaba, gracias a la increíble curvatura del espacio. .

Desde nuestra perspectiva en la Tierra, el agujero negro en el centro galáctico aparecerá diminuto, con su radio medido en microarcos por segundo. Aún así, en comparación con el radio ingenuo que calcula en relatividad, en realidad aparecerá un 150% más grande, debido a la forma en que el espacio está curvado. Si se acercó a él, para cuando el horizonte de eventos debería ser del tamaño de la Luna llena en el cielo, ¡en realidad es más de cuatro veces más grande que eso! La razón, por supuesto, es que el espacio-tiempo se curva cada vez más a medida que te acercas al agujero negro, y así las "líneas de luz" que puedes ver desde las estrellas en el Universo que te rodean se desmoronan desastrosamente de forma.

Qué verías mientras caes agujero negro?

Cuando caes en un agujero negro o simplemente te acercas mucho al horizonte de sucesos, su tamaño y escala parecen mucho mayores que el tamaño real. Crédito de la imagen: Andrew Hamilton / JILA / University of Colorado

Por el contrario, el área aparente del agujero negro parece crecer y crecer dramáticamente; para cuando solo tienes unos pocos (tal vez 10) radios Schwarzschild lejos, el agujero negro ha crecido hasta un tamaño tan aparente que bloquea casi toda la vista frontal de tu nave espacial. Esa es una gran disparidad de solo un objeto geométrico como el del espacio no curvado, que parece ser aproximadamente del tamaño de tu puño sostenido a la altura de los brazos.

A medida que comienzas a acercarte más y más a ISCO, o a la órbita circular más interna y estable, que es el 150% del radio del horizonte de eventos, notas que la vista frontal de tu nave se vuelve completamente negra. Una vez que cruzas ese punto, incluso la dirección trasera, que mira en dirección opuesta al agujero negro, comienza a ser subsumida por la oscuridad. De nuevo, esto se debe a cómo los caminos de luz de varios puntos viajan en este espaciotiempo altamente doblado. Para aquellos de ustedes (aficionados a la física) que desean una analogía cualitativa, comienza a parecerse mucho a las líneas del campo eléctrico cuando traen una carga puntual cerca de una esfera conductora.

Qué verías mientras caes agujero negro?

Del mismo modo que las líneas del campo eléctrico dobladas alrededor de una esfera conductora están altamente distorsionadas por una sola carga, también lo están las líneas de visión cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro. Por lo tanto, todos los objetos aparecerán muy atrás de usted, incluso los físicamente delante de usted, cuando esté lo suficientemente cerca (o dentro) del horizonte de eventos. Crédito de la imagen: J. Belcher en el MIT

En este punto, aún no haber cruzado el horizonte de sucesos, todavía puede salir. Si proporcionas suficiente aceleración lejos del horizonte de sucesos, podrías escapar de su gravedad y hacer que el Universo regrese a tu espacio-tiempo asintóticamente plano, seguro y lejos del agujero negro. Sus sensores gravitacionales pueden indicarle que hay un gradiente de descenso definitivo hacia el centro de la negrura y lejos de las regiones donde todavía puede ver la luz de las estrellas. La siguiente visualización lo hace mayormente correcto, con la excepción del cambio de luz azul.

This is as accurate as we can create using todays technology of what it would feel like to fall into a Black Hole.

link: https://www.youtube.com/watch?v=JcHneuh6DKo

Pero si continúa su caída hacia el horizonte de sucesos, eventualmente verá la luz de las estrellas comprimirse en un pequeño punto detrás de usted, cambiando el color al azul debido al desplazamiento de gravedad gravitacional. En el último momento antes de cruzar hacia el horizonte del evento, ese punto se volverá rojo, blanco y luego azul, a medida que el microondas cósmico y los fondos de radio se desplacen a la parte visible del espectro para su último vistazo final del exterior Universo, aún suponiendo que nada más entra contigo.

Qué verías mientras caes agujero negro?

Esta sería la vista más extraña y exótica del Fondo de Microondas Cósmica que cualquiera podría ver: la energía desplazada hacia el azul proviene de un punto único detrás de ti mientras experimentas tus momentos finales antes de encontrar la singularidad central del agujero negro. Crédito de la imagen: E. Siegel

Y luego ... negrura. Nada. Desde el interior del horizonte de eventos, ninguna luz del Universo externo llega a tu nave espacial. Ahora piensa en los fabulosos motores de tu nave espacial y en cómo puedes intentar salir. Recuerda a qué dirección se dirige la singularidad, y efectivamente, hay un gradiente gravitatorio cuesta abajo en esa dirección.

Este tratamiento supone que no hay otra materia o luz que caiga en el agujero negro, ya sea delante o detrás de usted. El siguiente video muestra lo que sucede si permites que la luz del Universo externo caiga en el agujero negro a tu alrededor, lo cual ocurre en la vida real. Cruzará el horizonte del evento aproximadamente a la marca 0:37 en el video.

link: https://vimeo.com/8818891

Lo que es sorprendente es que incluso si no te vieran iluminado por la luz que te atrapa desde atrás, lo que representa la "mitad" del Universo visible que aún tiene algo que mostrarte, podrías llevar sensores gravitacionales a bordo. . Una vez que cruzaste el horizonte de sucesos, ya sea que haya luz o no, encontrarás algo impactante.

¡Tus sensores te dicen que hay un gradiente gravitatorio que está cuesta abajo, hacia una singularidad, en todas las direcciones! El gradiente incluso parece descender hacia la singularidad directamente detrás de ti, en la dirección que sabías que es completamente opuesta a la singularidad.

¿Cómo es esto posible?

Qué verías mientras caes agujero negro?

Cualquier cosa que se encuentre dentro del horizonte de sucesos que rodea un agujero negro, sin importar qué más esté sucediendo en el Universo, se encontrará atrapado en la singularidad central. Crédito de la imagen: Bob Gardner / ETSU

Es posible porque estás dentro del horizonte de eventos. Cualquier haz de luz (que nunca podrías atrapar) que ahora emites terminaría cayendo hacia la singularidad; ¡Estás demasiado profundo en la garganta del agujero negro para que termine en cualquier otro lugar!

¿Cuánto tiempo tendrías antes de que esto sucediera, cuando cruzaste el horizonte en el agujero negro supermasivo de cuatro millones de masas solares en el centro galáctico? Lo creas o no, a pesar del hecho de que estamos hablando de un horizonte de eventos que podría tener una luz de una hora de diámetro en nuestro marco de referencia, solo tomaría alrededor de 20 segundos alcanzar la singularidad una vez que cruzaste el horizonte de eventos. Espacio severamente curvado ¡seguro que es un dolor!

Qué verías mientras caes agujero negro?

El paraboloide de Flamm, que se muestra aquí, representa la curvatura del espacio-tiempo fuera del horizonte de eventos de un agujero negro de Schwarzschild. Una vez que caes, todo termina; su mejor apuesta es caer libremente como si cayera del reposo. Solo esa trayectoria maximizará tu tiempo de supervivencia. Crédito de la imagen: AllenMcC. de Wikimedia Commons

Lo que es peor es que cualquier aceleración que realice, suponiendo que cayó libremente desde el reposo (otras suposiciones son ligeramente diferentes), lo acercará a la singularidad a un ritmo aún más rápido. La forma de maximizar su tiempo de supervivencia en este momento, y no es muy largo, sin importar qué, ¡ni siquiera intente escapar! La singularidad está ahí en todas las direcciones, y no importa dónde mires, todo está cuesta abajo desde aquí.

Y eso es lo que verías, usando tus ojos y los gravitacionales, mientras caes en el objeto más gravitacionalmente compacto de toda la existencia. Por una vez, los Borg de Star Trek tenían razón. Cuando caes en un agujero negro, la resistencia es en realidad inútil.

El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.

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