¿Escapar de un agujero negro? Im…¿Posible?

Todo mundo conoce los agujeros negros, hubo un tiempo en donde se mencionaban en todos lados (cuando se logro captar uno en foto por primera vez por ahí del 2019) e inclusive han aparecido en películas como la de interestelar (muy buena por cierto, 10/10).

Primer agujero negro captado en fotografía.
Gargantua, agujero negro que aparece en la película interestelar..

Como todos sabemos los agujeros negros son los monstruos de nuestro universo. Estas cosas lo consumen todo a su paso desde la materia (nubes de gas, planetas, estrellas, etc..) hasta la luz. Según la teoría de la relatividad de Einstein, la luz, es la velocidad máxima del universo, la velocidad limite y está es de aproximadamente 300,000km/s. La luz es lo más rápido que existe, de hecho en el gran colisionador de hadrones (el LHC), ubicado en el CERN en Suiza, las partículas a colisionar deben viajar a velocidades increíblemente altas, y estás solo llegan al 99% de la velocidad de la luz, confirmando así que está es la máxima del universo. Si la luz es tan rápida entonces ¿!!Porque ni siquiera ella puede escapar de un agujero negro!!? Esto My friend se debe a la velocidad de escape (Ve).

La velocidad de escape es la velocidad mínima para poder escapar de algún cuerpo celeste, ya sea un planeta, un asteroide, la luna, una estrella e inclusive de un agujero negro!!!.

Está velocidad está dada por una pequeña ecuación, la cuál depende completamente de la masa del cuerpo que se va a abandonar y del radio que posea el mismo.

En esta ecuación la G representa la constante de gravitación universal, la M la masa del objeto y la r el radio del mismo.

Todos los planetas del sistema solar tienen una velocidad de escape diferente, por ejemplo, la de la tierra es de aproximadamente 11.2km/s (lo sé, es bastante), con marte es de unos 5km/s aproximadamente, con la luna 2.5km/s y así con todos los planetas hasta llegar al sol, el cual posee una velocidad de 617km/s.

Velocidades de escape de los objetos en el sistema solar.

Cómo se ha podido observar entre más masivo sea el cuerpo su Ve será mucho mayor. Pero pasa algo muy curioso con la velocidad de escape, ya que es la misma para todo lo que nos rodea. Si quisiéramos lanzar una moneda al espacio desde la tierra o un cohete la velocidad de ambos objetos será la misma de 11.2 km/s, lo mismo pasaría con un átomo o un edificio. Ahora bien el problema principal está en qué aunque sea la misma para todo, desgraciadamente la energía requerida para alcanzar la no lo es. Es por eso que los cohetes necesitan propulsores tan grandes y potentes, además de un combustible bastante energético para poder escapar del planeta.

El principal combustible que utilizan los cohetes es químico.

La Ve de la mayoría de los cuerpos del sistema solar (y de casi todos los del universo) es un juego de niños para luz, sin problemas la supera ya que los fotones son partículas sin masa así que la energía para propulsarlos es mínima, pero ¿Qué pasaría si la velocidad de escape de un astro fuera la velocidad de la luz? Estaríamos en presencia de un agujero negro. Una singularidad espacio-tiempo la cual engulle todo a su paso debido a su gran campo gravitatorio, en esta región las leyes de la física que conocemos se rompen por completo, por el eso el nombre de singularidad.

Todos los objetos del universo curvan el tejido del espacio-tiempo, y esta curvatura produce efectos muy curiosos en el cosmos (esto lo veremos en otro post). La curvatura del agujero negro es tal, que estos efectos se ven a mucha mayor escala.

Curvatura en el tejido del espacio producida por un agujero negro.

Cabe mencionar que la Ve va decreciendo a medida que nos alejamos del centro del objeto, y en el caso de los agujeros negros no hay excepción. La barrera que determina en que punto del agujero negro la velocidad de escape y la de la luz se igualan es conocido como “horizonte de sucesos“. Esta es una barrera no física, y digo no física ya que si llegásemos a atravesarla no notaríamos en realidad cambio alguno, así que por lo tanto es solo “imaginaria“. Al quedarnos fuera del horizonte de sucesos aún estaríamos a merced del agujero negro y seguiríamos sintiendo su potente campo gravitatorio, sin embargo sería posible escapar de él, ya que nos encontraríamos en la región en donde la Ve es menor a la de la luz. Eso si necesitaríamos naves espaciales sumamente potentes para poder escapar de su campo gravitatorio pero de cierto modo ya tenemos forma de escapar.

Y ¿Qué es lo que determina el tamaño del horizonte de eventos?, su tamaño esta determinado por el radio de Schwarzschild, esta medida nos permite determinar de que tamaño debería ser el radio de un cuerpo para que se pudiera volver un agujero negro, por ejemplooooooo, en el caso de la tierra (conservando su misma masa) tendría que poseer un radio de unos 8mm y en caso de sol estaría rondando en los 3km. Esto corresponde a los agujeros negros estáticos en uno giratorio (o también conocidos como agujeros de Kerr) el radio de Schwarzschild y el del horizonte de sucesos no coinciden, ya que en este ultimo debido a su rotación se va a deformar haciendo que quede mas alargado de los extremos.

Ecuación de Schwarzschild y su representación en un agujero estático.
De este modo podemos apreciar el horizonte de eventos y la ergosfera deformados por la rotación de un agujero de Kerr.

Recapitulemos, si tenemos tanta mala suerte como para atravesar el horizonte de sucesos estamos perdidos, muertos, fritos ya nada nos podrá salvar de caer en el agujero ya que nada va mas rápido que la luz y menos un objeto con masa. Por otro lado sí aún nos encontramos en la ergosfera (o la región que se encuentra antes del Horizonte de sucesos) tendríamos una leve posibilidad de sobrevivir, y digo leve ya que actualmente no existen naves o combustibles capaces de llegar a velocidades tan grandes. Actualmente los científicos han estado considerando un tipo muy peculiar de materia la cual podría hacer los viajes espaciales mucho mas efectivos, además de que no llevaríamos pesos excedentes (debido al combustible)….. y no estoy hablando de la energía nuclear, que aunque es muy efectiva y limpia le faltaría mucha potencia. ¿Entonces que es aquello que genere una gran energía pero al mismo tiempo sea ligero o no necesitemos tanto para poder realizar un viaje? Así es, estoy hablando de la antimateria!!!

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