¿Hay algún beneficio al estudiar los agujeros negros? Mantén la curiosidad y sigue aprendiendo

Los agujeros negros no son imaginarios. No puedes verlos directamente, pero eso no quiere decir que no sean reales, ya que existe una cantidad sustancial de evidencia indirecta de su existencia.

Beneficios
En cuanto a los beneficios … Hay muchas maneras de responder a esto. Lo primero es decir que no necesariamente tiene que haber ningún beneficio. La ciencia es una empresa para el conocimiento y, en cierto sentido, los beneficios son secundarios. La ciencia no se hace estrictamente por los beneficios. Lo segundo que hay que decir aquí es que hay muchas cosas que estudiamos y que no sabemos y posiblemente no podemos saber si darán resultados que podrían beneficiarnos. A menudo, en retrospectiva, nos damos cuenta de que ciertos temas de estudio producirían conclusiones beneficiosas. Lo tercero que hay que decir es que se podría argumentar que todo conocimiento nos beneficiará de una manera u otra. Incluso si no resultara en algo que va a cambiar nuestras vidas de una manera sustancial o incluso menor, la noción de conocimiento es beneficiosa en sí misma. No tome esta declaración demasiado en serio, pero puede ser que el beneficio de estudiar los agujeros negros sea, en última instancia, darse cuenta de que es un callejón sin salida para que no tengamos que invertir más tiempo en ello. La comprensión de que nunca sabremos nada sustancial acerca de estos objetos astronómicos sería bastante profunda.

Gravitacion cuantica
Pero debo objetar seriamente que la idea del estudio de los agujeros negros no es beneficiosa. El estudio de los agujeros negros trata sobre algunos de los conceptos más fundamentales de la física. Es una exploración en la relatividad especial, por lo que el estudio de los agujeros negros puede brindar más información en esta área; puede validar la relatividad especial o, posiblemente, mostrar conceptos erróneos sobre la física. También es una exploración en la gravitación, ya que los agujeros negros son pozos de gravedad donde el espacio-tiempo se curva al máximo. Se hacen consideraciones sobre la mecánica cuántica y cómo conciliar esto con la relatividad especial. Existen varias teorías sobre la gravitación cuántica, incluida la gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas. Al estudiar los agujeros negros, podemos obtener información sobre la naturaleza de la gravitación, cómo reconciliar las diferentes teorías que pertenecen a diferentes escalas, y posiblemente podemos descartar ciertas teorías para que ya no tengamos que invertir tiempo en ellas.

Principales implicaciones
Pero también considere que las teorías que pertenecen a conciliar la gravitación cuántica con la relatividad especial tienen implicaciones importantes para el universo. Por ejemplo, si la gravedad cuántica del bucle es verdadera, esto puede cambiar completamente lo que sabemos sobre el universo; se libraría de la noción de singularidades, incluida la singularidad de la cual surgió el universo. Podría llevar a la conclusión de que el Big Bang fue uno de los muchos en un ciclo infinito y que los 13,82 mil millones de años que actualmente atribuimos a la edad del universo es solo la edad del ciclo actual. Si el universo es de hecho infinitamente viejo, entonces muy probablemente no sería infinitamente grande.

Singularidades
Pero los agujeros negros también son estudios por sus singularidades y cómo darles sentido. Una singularidad se define como una ‘ubicación’ donde una gran cantidad de masa se empaqueta dentro de un volumen cero, o un espacio infinitamente pequeño. Aquí es donde las leyes de la física parecen romperse, y al tratar de comprender las singularidades podemos resolver este enigma. Esto podría conducir al rechazo de la existencia de singularidades (lo que tendría importantes implicaciones en la forma en que deberíamos pensar en los agujeros negros) o a una nueva forma de dar sentido a cómo la física se aplica a este “objeto”.

Tiempo
Los agujeros negros también son estudiados por el efecto que tienen a tiempo. Un agujero negro está hecho de una singularidad y espacio-tiempo deformado. Todo lo que cae en un agujero negro es forzado dentro de la curvatura de este espacio-tiempo para ir en una dirección, que es el centro del agujero negro. Se piensa que la singularidad en el centro es esencialmente un punto donde el tiempo se detiene, y ya no se pueden hacer distinciones entre causa y efecto. Esto es esencialmente por qué las leyes de la física se rompen. Una comprensión de esta singularidad puede tener importantes implicaciones sobre cómo debemos pensar en el tiempo, y posiblemente incluso si el tiempo es una sustancia (realismo), una interpretación (idealismo) o una manera de relacionar eventos (relacionismo). También puedo recomendar encarecidamente ver el siguiente video:

Lente gravitacional
Los agujeros negros también son útiles para estudiar otros objetos. Debido a la intensa deformación del espacio-tiempo, los agujeros negros pueden funcionar como una lente gravitacional, actuando así como una lupa. A continuación se muestra una imagen tomada con el telescopio Keck II en el que un agujero negro supermasivo emite energía desde el interior de la galaxia (llamada quásar) y, por lo tanto, magnifica una galaxia mucho más distante detrás de ella. En principio, los agujeros negros también podrían usarse para ver objetos detrás de su galaxia anfitriona que normalmente no se podían ver.

Cuasares
Y eso nos lleva a los quásares. Cuando un agujero negro adquiere masa, se forma un disco de acreción alrededor del agujero negro. Cuando demasiada masa cae en el agujero negro a la vez, los rayos de energía emergen de los polos en forma de rayos X y rayos gamma. Estas intensas fuentes de energía son las fuentes de luz más brillantes del universo y pueden utilizarse como las denominadas “velas estándar”, que se utilizan en astronomía para medir distancias. Entonces, no solo los agujeros negros supermasivos que producen estos chorros nos ofrecen una forma de deducir la distancia, sino que al estudiar los agujeros negros también podemos deducir cómo se forman los quásares en primer lugar, y cómo el giro del agujero negro afecta la salida de materia. como se ha descubierto que los agujeros negros supermasivos rocían materia como una fuente.

Reguladores Galaxy
Lo que nos lleva a la siguiente razón para estudiar los agujeros negros. Existe una correlación entre la masa de un agujero negro supermasivo y su galaxia, y se ha encontrado que los agujeros negros regulan el crecimiento de estrellas en las galaxias; un proceso por el cual las galaxias elípticas más grandes continúan haciendo estrellas mucho después de sus años pico de nacimiento estelar.

Megan Donahue de la Universidad Estatal de Michigan explica:

Piense en el gas que rodea una galaxia como una atmósfera. Esa atmósfera puede contener material en diferentes estados, al igual que nuestra atmósfera tiene gas, nubes y lluvia. Lo que estamos viendo es un proceso como una tormenta eléctrica. Cuando los chorros impulsan el gas hacia afuera desde el centro de la galaxia, parte de ese gas se enfría y precipita en grupos fríos que caen hacia el centro de la galaxia como gotas de lluvia.

Grant Tremblay de la Universidad de Yale explica con más detalle:

Las “gotas de lluvia” eventualmente se enfriaron lo suficiente como para convertirse en nubes de gas molecular frío en formación de estrellas, y las capacidades ultravioletas del Hubble nos permitieron observar directamente estos “sinvergüenzas” de formación de estrellas. Sabemos que estas duchas están vinculadas a los chorros porque se encuentran en filamentos y zarcillos que se envuelven alrededor de los chorros o abrazan los bordes de burbujas gigantes que los chorros se han inflado. Y terminan haciendo un ‘charco’ de gas formador de estrellas alrededor del agujero negro central.

Entonces, al estudiar los agujeros negros, podemos obtener más información sobre cómo se correlacionan con las galaxias, cómo regulan las galaxias y por qué hay agujeros negros supermasivos en el centro de la mayoría de las galaxias en primer lugar. Parecen ser bastante esenciales.

También se ha encontrado que los agujeros negros supermasivos pueden tener una masa máxima de 50 mil millones de masas solares antes de que el disco de gas alrededor del agujero negro se convierta en estrellas, evitando así que el agujero negro crezca (aunque podría crecer más grande en principio, por ejemplo). ejemplo por fusiones galácticas). Estos son hallazgos importantes para la relación directa entre los agujeros negros supermasivos y sus galaxias anfitrionas.

Paradoja de la información
Los agujeros negros también se estudian para resolver un problema aparente en la física, que es la paradoja de la información de los agujeros negros, que surgió cuando en 1974 Stephen Hawking aplicó la teoría cuántica de campos al espacio-tiempo de los agujeros negros y mostró que los agujeros negros irradian partículas con radiación de cuerpo negro llamada Radiación de Hawking, que evapora lentamente los agujeros negros con el tiempo. Esto plantea un problema importante para la física, porque implica que la información que constituye la materia que cae en el agujero negro se pierde para siempre, mientras que la ley de conservación indica que la información nunca se pierde. A lo largo de los años, se han realizado innumerables intentos de solucionar este problema, entre ellos:

1993 – El principio holográfico – Gerard ‘t Hooft, Leonard Susskind
2002 – El fuzzball – Samir D. Mathur, Oleg Lunin
2012 – El cortafuegos – A. Almheiri, D. Marolf, J. Polchinski, J. Sully (AMPS)
2015 – La pared de ladrillo – Gerard ‘t Hooft

En resumen, el principio holográfico dice que la información está incrustada en una superficie bidimensional y, por lo tanto, nunca se pierde. El fuzzball dice que el interior de un agujero negro está hecho de cuerdas (teoría de cuerdas) en lugar de una singularidad, y por lo tanto la información nunca se destruye. El cortafuegos dice que un viejo agujero negro perdió tanta información a través de la radiación de Hawking que ya no queda suficiente información para representar su interior, y como no hay ningún interior, toda la materia que cae se incinera en el horizonte de eventos, por lo que la información nunca es Atrapado o destruido por dentro. El muro de ladrillo es una variación del cortafuegos, donde la información rebota.

Todavía no hay una solución para este problema, pero es un problema fundamental en la física que debe abordarse. Laura Mersini-Houghton ha trabajado recientemente para demostrar que durante el colapso de una estrella se pierde tanta masa a través de la radiación de Hawking que ya no hay masa suficiente para que se forme una singularidad. Como no se formaría una singularidad, no hay problema aparente. Esta discusión probablemente continuará durante muchos años, pero al desarrollar todas estas teorías, siempre existe la posibilidad de que resulte en cosas beneficiosas o confirme o rechace otras teorías.

Colapso gravitacional
Y, por último, se estudian los agujeros negros porque constituyen el punto final de las estrellas de una masa suficiente. Cuando una estrella se colapsa al final de su vida, producirá una enana blanca, una estrella de neutrones o un agujero negro, dependiendo de su masa al final de este proceso de colapso gravitacional. Las estrellas con una masa final por debajo del límite de Chandrasekhar de 1,39 masas solares producirán enanas blancas; Las estrellas con una masa final por encima de este límite pero por debajo del límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (hasta 3 masas solares) producirán estrellas de neutrones, y todo lo que quede arriba terminará como un agujero negro. Obviamente, estamos interesados en estos mecanismos y en la evolución general de las estrellas. El estudio de los agujeros negros es un componente necesario de la astrofísica, si realmente queremos entender las estrellas y el universo en general.

Francamente, muchas de las teorías dependen de cómo deberíamos darle sentido a los agujeros negros, por lo que el estudio de los agujeros negros podría generar una gran cantidad de beneficios y conocimientos.

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