Agujeros Negros

★Los llamados "agujeros negros" son lugares con un campo gravitatorio muy grande, enorme. No puede escapar ninguna radiación electromagnética ni luminosa, por eso son negros.

Están rodeados de una frontera esférica llamada "horizonte de sucesos" que permite que la luz entre pero no salga.

Hay dos tipos de agujeros negros: cuerpos de alta densidad y poca masa concentrada en un espacio muy pequeño, y cuerpos de densidad baja pero masa muy grande, como pasa en los centros de las galaxias.
Si la masa de una estrella es más de dos veces la del Sol, llega un momento en su ciclo en que ni tan solo los neutrones pueden soportar la gravedad. La estrella se colapsa y se convierte en agujero negro.

☆Stephen Hawking y los conos luminosos

El científico británico Stephen W Hawking ha dedicado buena parte de su trabajo al estudio de los agujeros negros. En su libro Historia del Tiempo explica cómo, en una estrella que se está colapsando, los conos luminosos que emite empiezan a curvarse en la superficie de la estrella.
Al hacerse pequeña, el campo gravitatorio crece y los conos de luz se inclinan cada vez más, hasta que ya no pueden escapar. La luz se apaga, como en el agujero negro CO- 0,40, situado a 200 años luz del centro de la Vía Láctea.
Si un componente de una estrella binaria se convierte en agujero negro, toma material de su compañera. Cuando el remolino se acerca al agujero, se mueve tan deprisa que emite rayos X. Así, aunque no se puede ver, se puede detectar por sus efectos sobre la materia cercana.
Los agujeros negros no son eternos. Aunque no se escape ninguna radiación, parece que pueden hacerlo algunas partículas atómicas y subatómicas.
Alguien que observase la formación de un agujero negro desde el exterior, vería una estrella cada vez más pequeña y roja hasta que, finalmente, desaparecería. Su influencia gravitatoria, sin embargo, seguiría intacta.
Como ocurrió en el Big Bang, también en los agujeros negros se da una singularidad, es decir, las leyes físicas y la capacidad de predicción fallan. Ningún observador externo, si lo hubiese, podría ver qué ocurre dentro.
Las ecuaciones que intentan explicar una singularidad, como la que se da en los agujeros negros, han de tener en cuenta el espacio y el tiempo. Las singularidades se situarán siempre en el pasado del observador (como el Big Bang) o en su futuro (como los colapsos gravitatorios), pero nunca en el presente. Esta curiosa hipótesis se conoce con el nombre de censura cósmica.

Agujeros de Gusano

★Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos puntos del espacio-tiempo, o dos Universos paralelos.

Nunca se ha visto uno y no está demostrado que existan, aunque matemáticamente son posibles.

Se les llama así porque se asemejan a un gusano que atraviesa una manzana por dentro para llegar al otro extremo, en vez de recorrerla por fuera. Así, los agujeros de gusano son atajos en el tejido del espacio-tiempo. Permiten unir dos puntos muy distantes y llegar más rápidamente que si se atravesara el Universo a la velocidad de la luz.
Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros de gusano pueden existir. Tienen una entrada y una salida en puntos distintos del espacio o del tiempo. El túnel que los conecta está en el hiperespacio, que es una dimensión producida por una distorsión del tiempo y la gravedad.
Einstein y Rosen plantearon esta teoría al estudiar lo que ocurría en el interior de un agujero negro. Por eso se llaman también Puente de Einstein-Rosen.
Hay dos clases de agujeros de gusano:
- Intrauniverso: conectan dos puntos alejados del Cosmos.
- Interuniverso o agujeros de Schwarzschild: conectan dos Universos distintos.

☆¿Se puede viajar en el tiempo?

Una cosa es que existan los agujeros de gusano y otra muy distinta que puedan utilizarse para viajar en el espacio y el tiempo.
La novela "Contacto", de Carl Sagan proponía un viaje a través de un agujero de gusano. Esto hizo que muchos lo creyeran posible. Pero es sólo ciencia ficción.
Los científicos creen que un agujero de gusano tiene una vida muy corta. Se abre y vuelve a cerrarse rápidamente. La materia quedaría atrapada en él o, aunque consiguiera salir por el otro extremo, no podría volver. Evidentemente, tampoco podríamos elegir adónde nos llevaría.
Según la relatividad general, es posible viajar al futuro, pero no al pasado. Si se pudiera viajar al pasado, podríamos alterar la Historia, por ejemplo, haciendo que nunca naciéramos. Sería algo imposible.

Las Ondas Gravitatorias

★Algunas ecuaciones formuladas por Einstein en 1915 predecían la existencia de un fenómeno llamado "ondas gravitacionales". A finales de 2015 se detectaron estas ondas de forma directa.

Todos sabemos lo que son las ondas. Por ejemplo, las que se forman en un estanque con agua quieta cuando se tira una piedra.

En la Teoría de la relatividad, Einstein demuestra que el espacio y el tiempo no son independientes, sino que constituyen un ente único denominado espacio-tiempo. Si lo imaginamos como una membrana elástica plana bidimensional, vemos que, en presencia de una masa, el espacio-tiempo se "deforma", como lo haría una membrana normal bajo el peso de una bola de billar.

Cualquier otro objeto con masa nota esa deformación, y se ve obligado a seguir trayectorias diferentes a las que seguiría si la membrana no estuviese deformada. El efecto o consecuencia de esa geometría curva del espacio-tiempo es la gravedad, y así es como la relatividad consigue explicar la famosa gravitación universal descubierta por Newton.

☆¿Que son las ondas gravitacionales?

Los cuerpos masivos acelerados producen fluctuaciones en el tejido espacio-tiempo que se propagan como una onda por todo el Universo. Estas son las ondas gravitatorias o gravitacionales previstas por Einstein y ahora descubiertas.

Sólo los sucesos excepcionales en objetos con masas enormes, como estrellas de neutrones, estallidos de rayos gamma o agujeros negros, pueden producir ondas con la suficiente energía como para ser detectadas; sucesos tan potentes como la explosión de una supernova gigante o la fusión de dos agujeros negros.

Las ondas gravitatorias acortan el espacio-tiempo en una dirección, lo alargan en la otra, y se propagan a la velocidad de la luz. Nada las detiene o refleja; por eso, a diferencia de la luz y otras ondas electromagnéticas, apenas importa cuantos objetos encuentren a su paso hasta llegar a la Tierra.

¿Por qué son importantes? Algunos sucesos del Universo resultan muy difíciles de detectar de forma directa. Por ejemplo, observar agujeros negros, que no emiten luz. Sin embargo, sí pueden emitir ondas gravitatorias en ocasiones, como cuando dos de ellos chocan y se fusionan. Esto es lo que ocurrió la primera vez que se detectaron ondas gravitacionales. Puede que incluso nos expliquen qué pasó en el primer segundo del Universo, justo después del Big Bang. Se espera que este descubrimiento ayude a comprender algunas de las grandes incógnitas que todavía tienen planteadas la física y la astronomía.

☆¿Cómo se detectan?

El Observatorio Avanzado de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales, conocido como LIGO, constaba en 2015 de dos detectores separados por 3.000 kilómetros, en los estados norteamericanos de Washington y Luisiana. Cada detector estaba formado por dos haces de luz láser de cuatro kilómetros de longitud, dispuestos en ángulo recto. Al producirse una onda gravitacional, uno de estos haces de luz se alarga mientras el otro se acorta. LIGO puede detectar diferencias de una diezmilésima parte del diámetro de un núcleo atómico.

La primera señal se captó el 14 de septiembre en los dos detectores a la vez. Provenía de una fusión ocurrida a 1.300 millones de años-luz y que consistió en el choque de dos agujeros negros cuya masa era de 29 y 36 veces la del Sol. Los dos agujeros se fundieron en uno, liberando una energía equivalente a tres masas solares, que salió despedida en forma de ondas gravitacionales. Al llegar esas ondas hasta nosotros, 1.300 millones de años después, produjeron una ligerísima perturbación del espacio-tiempo, imperceptible para todo el mundo, pero suficiente para la altísima sensibilidad de LIGO.

El Grupo de Relatividad y Gravitación de la UIB es pionero en España en el estudio de las ondas gravitacionales. En su página La sinfonía del Universo ofrecen información y recursos sobre este tema.

Teoría del Big Bang y origen del Universo

El Big Bang, literalmente gran estallido, constituye el momento en que de la "nada" emerge toda la materia, es decir, el origen del Universo.

★La materia, en el Big Bang, era un punto de densidad infinita que, en un momento dado, "explota" generando su expansión en todas las direcciones y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie.
Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.
En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.
Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.
Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.
Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).
Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedmann. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite crítico que indicaría que el Universo está cerrado.
La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de determinar el destino del Universo será poco convincente.
Muchos de los trabajos habituales en cosmología teórica se centran en desarrollar una mejor comprensión de los procesos que deben haber dado lugar al Big Bang. La teoría inflacionaria, formulada en la década de 1980, resuelve dificultades importantes en el planteamiento original de Gamow al incorporar avances recientes en la física de las partículas elementales. Estas teorías también han conducido a especulaciones tan osadas como la posibilidad de una infinidad de universos producidos de acuerdo con el modelo inflacionario.
Sin embargo, la mayoría de los cosmólogos se preocupa más de localizar el paradero de la materia oscura, mientras que una minoría, encabezada por el sueco Hannes Alfvén, premio Nobel de Física, mantienen la idea de que no sólo la gravedad sino también los fenómenos del plasma, tienen la clave para comprender la estructura y la evolución del Universo.

Posible gemelo de la Tierra / Kepler-10b

✫El planeta, encontrado con la nave especial de la NASA Kepler, es el primero de los más de 500 exoplanetas conocidos que es definitivamente rocoso como la Tierra, Marte, Venus o Mercurio, según afirma el estudio. La Kepler, lanzada en marzo de 2009, fue diseñada para cazar planetas similares a la Tierra potencialmente habitables.

Los astrónomos han estado estudiando Kepler-10b desde su descubrimiento en 2009 cuando el equipo detectó un debilitamiento periódico del brillo de la estrella huésped cuando el planeta pasaba por delante de dicha estrella.
Hallar este planeta tan pequeño no fue una proeza sencilla. Visto desde la misma distancia, cuando la Tierra pasa delante del sol provoca un 0,01 por ciento de reducción en el brillo de la estrella, afirmó Natalie Batalha de la Universidad Estatal de San José, autora jefe de un próximo artículo que describe el hallazgo.
“Imagine que tiene 10.000 bombillas encendidas y retira una. Ese es el cambio en el brillo que estamos buscando”, afirmó Batalha durante una reunión en el día de hoy en la American Astronomical Society (AAS) en Seattle, Washington.
Aún así, tras utilizar la Kepler y otros instrumentos para calcular con precisión el tamaño del nuevo planeta, su masa y su densidad, Batalha confirmó que “sin duda se trata de un mundo rocoso”.
✮El planeta más pequeño tiene la densidad del hierro
Antes de abordar la naturaleza de Kepler-10b, los científicos observaron las propiedades de la estrella huésped que revelaron los terremotos estelares y las alteraciones acústicas que hacían que la estrella en su totalidad sonara como una campana.
“Del mismo modo que utilizamos un sonograma para explorar a los fetos y los terremotos para investigar el interior de la Tierra, utilizamos los terremotos estelares para investigar la estructura interior y las propiedades de la estrella en sí” explicó Batalha.
“Una estrella minúscula provocaría frecuencias [de vibración] diferentes a las de una estrella grande, tal y como sucede cuando rasgueas un violín, obtendrás un sonido diferente a a aquel que obtienes cuando se rasguea un chelo”.
Utilizando los terremotos estelares, Batalha y sus colegas pudieron determinar con exactitud el tamaño, la masa y la edad de la estrella, lo que a su vez les permitió realizar estimaciones de gran precisión de las nuevas características del planeta.
Los astrónomos estudiaron detenidamente las minúsculas variaciones en la luz de la estrella para determinar las dimensiones de Kepler-10b. Las observaciones también revelaron que el planeta está muy cerca de la estrella alrededor de la cual orbita cada 20 horas.
Utilizando el Observatorio W. M. Keck Observatory en Hawai, el equipo Kepler realizó precisas mediciones de los mínimos cambios de las longitudes de onda de la luz de la estrella huésped. Estos datos mostraron cómo la estrella se inclinaba hacia delante y hacia atrás como respuesta a la gravedad del planeta, lo que permitió al equipo calcular las masas de ambos objetos.
Basándose en estos datos combinados, el equipo concluye que Kepler-10b debe ser un planeta rocoso con una densidad media de 8,8 gramos por centímetros cúbicos, más o menos igual que un trozo de hierro.
 ✮El mundo rocoso es un “Eslabón planetario perdido”
Ser rocoso, sin embargo, no es garantía de que el planeta sea habitable. En el caso de Kepler-10b, uno de los lados del planeta siempre está orientado hacia la estrella por lo que ese lado soportará temperaturas de unos 1.370 grados según calcula Batalha.
Es muy improbable que ese mundo pueda retener una atmósfera puesto que los gases calientes se escaparían rápidamente al espacio.
Aún así, Kepler-10b es un descubrimiento tremendamente importante, afirma George Marcy, cazador de planetas de la Universidad de California, Berkeley. Marcy, que es parte de la misión  Kepler, no fue miembro principal del equipo de Batalha.
“En astronomía, llevamos 15 años descubriendo planetas gaseosos gigantes. Pero el objetivo último es descubrir mundos habitables, como la Tierra,” afirmó en la reunión de la AAS.
De acuerdo con Marcy, Kepler-10b es el “eslabón planetario perdido”.
“Definitivamente no es un gigante gaseoso como Júpiter. Ni es habitable, es demasiado caliente. Es un planeta en transición, en algún lugar entre los gigantes gaseosos y lo que esperamos encontrar”.
Otro planeta posiblemente rocoso, COROT-7b, podría ser más parecido a la Tierra en tamaño y masa, acordó Batalha. Pero su estrella es mucho más activa con llamaradas y otras alteraciones que hacen difícil establecer parámetros de importancia con la necesaria precisión.
“Con Kepler-10 tenemos suerte”, afirmó, “es una estrella muy tranquila”.