¡Els forats negres són probablement el misteri més gran de l'univers conegut!
Fins ara sabem molt poc sobre ells, perquè la nostra tecnologia encara no ens permet estudiar les seves característiques a profunditat, principalment perquè tots es troben molt lluny del nostre sistema solar.
Un altre motiu pel qual resulta molt complicat l'estudi dels forats negres a l'univers, és que aquests no emeten polsos lluminosos com ho fan les estrelles, per contra, el seu poderós camp gravitatori és capaç d'absorbir fins a la llum propera, però això és una cosa que t'explicarem més endavant.
No obstant això, a partir de 1970 i gràcies a les teories proposades per Stephen Hawkings sobre els forats negres, hem pogut entendre molt més sobre aquests, incloses dades demostrables sobre la seva forma, composició, procés de formació i fins i tot la seva relació en les alteracions de la continuïtat temporal.
Els estels poden ser tan interessants com els forats negres! No et perdis el nostre article complet sobre les parts d'un estel
Però, què sabem realment sobre forats negres?
Si alguna vegada vesteix la pel·lícula de Christopher Nolan: interestel·lar (2010) i vas quedar sense entendre absolutament res, llavors és perquè encara no saps suficient sobre els forats negres.
T'explico, la pel·lícula està basada en la teoria de la relativitat general d'Einstein, que enuncia que el nostre univers no té 3 dimensions, sinó 4, i el temps és la quarta dimensió en el pla de la realitat.
Per tant, les regles de la mecànica universal afecten el temps, igual que ho fan amb la matèria, inclosa la llum.
D'aquesta manera, el temps no seria una constant universal, sinó una dimensió que es pot deformar, estirar o contraure com una banda elàstica, d'acord amb les lleis de la física, com la sepultura.
T'interessa saber més sobre els forats negres a l'espai?
Aleshores no deixis de llegir aquest article fins al final, perquè t'expliquem tot el que necessites saber sobre aquest interessant tema, perquè la propera vegada que vegis Interstellar, no et sentis literalment perdut a l'espai.
Què són els forats negres?
Els forats negres no són realment forats, ho sabies?
De fet, segons el teorema de Hawkings i Ellis de 1970, es creu que els forats negres tenen forma esferoide a causa de l'atracció de la seva pròpia massa cap al centre, per acció de la pròpia gravetat. Igual que passa amb les estrelles, però a una escala milions de vegades més alta.
Els forats negres són un punt a l'espai, conformat per un cúmul de massa extremadament densa, que genera una força gravitatòria tan poderosa que és capaç de crear una curvatura en la continuïtat de l'espai-temps.
El camp gravitatori dels forats negres és tan fort, que cap partícula de matèria és capaç d'escapar a la deformació si s'hi acosta massa. De fet, l'atracció és tan poderosa que és capaç d'absorbir les partícules de fotons que formen els raigs de llum solar.
És correcte, es diuen forats negres perquè són capaços de, literalment, empassar-se la llum al seu voltant.
Què tan densos són els forats negres?
La característica física que atorga als forats negres supermassius les propietats gravitacionals i tèrmiques, és l'extrema densitat de matèria que contenen en una àrea d'espai relativament petita.
Perquè la quantitat de matèria que conforma la nostra pròpia estrella es converteixi en un forat negre, aquesta s'hauria de plegar sobre ella mateixa d'una manera extrema, comprimint totes les partícules des d'una mida de 1.300 milions de quilòmetres. a un espai no més gran que 2 quilòmetres de diàmetre.
Per tant, el sol hauria de reduir la seva mida gairebé 900.000 vegades, però sense desaprofitar absolutament res de la matèria que el conforma.
Curvatura d'Espai-Temps
T'has preguntat com és possible que un forat negre sigui capaç d'alentir el temps?
Recordes a Gargantua en Interestel?
A la pel·lícula, la nau espacial Endurance es veu obligada a fer una parada per recopilar dades sobre la perspectiva de vida al Planeta Miller, que casualment òrbita molt a prop d'un forat negre supermassiu anomenat Gargantua.
A causa d'això, la tripulació s'enfronta a un dilema astrofísic: Per la seva proximitat amb Gargantúa, al planeta el temps transcorre molt més lent que a la terra, per la qual cosa la missió de recerca, que per a ells trigaria un parell d'hores, a La Terra significaria diversos anys.
Però, com és possible això?
Si et sembla un concepte estrany, és perquè estem acostumats a considerar el temps com una constant invariable de l'univers, bàsicament perquè nosaltres no tenim cap eina que el pugui deformar, com fem amb els altres plans de la realitat.
Tot i això, la teoria de la Relativitat General, proposada per Albert Einstein l'any 1915, suggereix que el temps és una dimensió de la realitat que s'estén sobre els plans X i Y (les dimensions d'amplada i llargada).
Per tant, si un cos amb massa exerceix una acció sobre el pla de la realitat, crearà una variable de dimensió Z (profunditat) que pot deformar les dues primeres i, per tant, també ho pot fer sobre el temps.
Vegem-ho així:
Imagina que estens un tros de tela, creant un espai pla (dimensions X i Y); i sobre la tela deixes caure una bola. L'acció del pes de la bola sobre la tela crearà un baix còncau al pla.
Aquest efecte és el que en astrofísica es coneix com Curvatura de l'espai-temps.
Ara, a causa de les regles de la física, com més pesat sigui l'objecte que es col·loqui sobre el pla, més marcada serà la seva acció sobre ell i, per tant, més profunda seria la curvatura.
Això és exactament el que passa amb els forats negres i temps corb.
En comprimir-se fins al límit, els forats negres es tornen objectes increïblement densos –i per tant, pesats–, així que l'acció que aquests exerceixen sobre els plans X i Y és realment extrema.
La curvatura que causen els forats negres és tan forta que no permet escapar la matèria que ingressa, això causa una singularitat espai-temporal que coneixem com Horitzó de Successos.
La curvatura que els forats negres creen és tan “profunda” i la seva atracció gravitatòria tan poderosa, que aquests succionen tot el que se'ls apropi, per tant, en estar al vòrtex de deformació de l'espai produït per Gargantua, el planeta Molinero experimentava una deformació en la continuïtat del seu temps, fent que transcorri més lent en haver d'entrar a l'Horitzó de Successos de Gargantua.
De fet, la dada exacta és que cada hora transcorreguda a Molinero equivalia a 7 anys terrestres.
Com a dada curiosa, les onades d'1 km d'alçada que cobreixen tota la superfície de Miller, també s'explicarien com un efecte del poder gravitatori exercit pel forat negre sobre el planeta.
Com es formen els forats negres?
Es podria dir que els forats negres són el residu que deixen les estrelles després de morir.
Fins fa un parell de dècades, es creia que els forats negres es van formar durant les primeres etapes de l'univers i que aquest fenòmens no s'hauria repetit.
No obstant això, l'estudi Història del Temps: del Big Bang als forats negres, creat en col·laboració per Hawkings, Oppenheimer i Roger Penrose, va demostrar que els forats negres es creen en un procés anomenat col·lapse gravitatori.
Per entendre el col·lapse gravitatori que dóna pas a la formació de forats negres, hem de retrocedir una mica, fins al procés de mort de les estrelles.
Quan a una Estrella Groga (com el nostre sol) esgota les reserves d'hidrogen, comença a cremar les partícules d'heli de la seva superfície, en un procés de fusió nuclear molt més intens. Mentre aquest procés continua, l'estrella, que s'acosta a la seva última etapa de vida, pot augmentar fins a 300 vegades la seva mida i canviar-ne el color, convertint-se en una Estrella Gegant Roja.
En consumir tot el combustible de la seva superfície, els processos de fusió nuclear s'aturaran, i sense cap procés que contraresti la força de la seva pròpia gravetat, totes les seves partícules començaran a ser atretes cap al seu nucli, reduint la seva mida una vegada més i creant el que coneixem com una Estrella Nana Blanca, una estrella morta.
No obstant això, la gran quantitat de massa d'una estrella pot fer que aquest procés sigui portat a l'extrem, comprimint la Nana Blanca més enllà dels límits propis i creant un cos amb massa encara més concentrada en un espai increïblement reduït.
És com si intentessis doblegar el nostre sol prou per ficar-lo al maleter del teu vehicle.
Aquest darrer pas fa que el camp gravitatori resultant sigui tan poderós que comenci a empassar-se la seva pròpia llum, cosa que acaba de convertir una estrella en un forat negre.
Tipus de forats negres
Hi han diferents tipus de forats negres i aquests es classifiquen d'acord amb la mida i la quantitat de massa que continguin.
Forat negre supermassiu
Els forats negres supermassius són indiscutiblement els més grans i poderosos. Aquests poden arribar a contenir diversos milions de vegades la massa del nostre sol en un espai amb prou feines 2 o 3 vegades més gran, cosa que també els fa molt poderosos.
És comú trobar forats negres supermassius dominant el centre de moltes galàxies grans, especialment en galàxies el·líptiques. Un exemple clar el trobem a casa, ja que La Via Làctia gira al voltant de Sagitari A, un forat negre supermassiu realment descomunal que mesuri prop de 120 UA.
Forats negres de massa intermèdia
Són els següents a l'escala d'acord amb la massa. Són menys densos que els forats negres supermassius, però continuen sent realment impressionants.
Dins aquesta classificació entren els forats negres amb una massa equivalent entre 100 i 1.000.000 de masses solars.
Forats negres de massa estel·lar
Són força comuns i des del planeta Terra hem pogut observar diversos forats negres que calcen dins aquesta classificació.
Els forats negres de massa estel·lar contenen entre 30 i 70 masses solars al seu interior. Aquests es formen a partir del col·lapse gravitacional d'estrelles massives, cosa que es coneix en astrofísica com Supernoves.
Micro forats negres
Els microforats negres són una categoria d'aquesta classificació, però continuen sent una hipòtesi.
Segons la teoria de Hawking sobre els forats negres, aquests microforats negres contindrien sorprenents quantitats de matèria en un espai extremadament reduït, per la qual cosa la matèria al seu interior es podria regir per les normes de la física quàntica.
Una de les missions del gran col·lisionador d'hadrons del CERN és crear els elements per formar un micro forat negre artificial, on es podrien comprovar diverses teories sobre física quàntica o al final poder aïllar una partícula de matèria fosca.