Las Estrellas de vacío gravitacional podrían ser la clave de la Energía Oscura pero los científicos no se ponen de acuerdo #energíaoscura #gravastar #agujerosnegros #nasa #esa #technology #tecnologia #astronomy #astronomia #science #ciencia #deepsky #solarsystem #sistemasolar #universe #universo #space #espacio
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00:00Las estrellas son algunos de los objetos más bellos y asombrosos del universo.
00:07Mediante violentas reacciones termonucleares, emiten enormes cantidades de luz que iluminan
00:12el cielo nocturno y calientan los planetas cercanos.
00:15Gracias a la fusión y potentes explosiones, las estrellas también son responsables de
00:21la producción de los elementos pesados que constituyen gran parte de la materia que vemos
00:26a nuestro alrededor.
00:28Los astrónomos y astrofísicos han avanzado mucho en la comprensión del funcionamiento
00:33de las estrellas, hasta el punto de que incluso podemos predecir cuánto tiempo pasará antes
00:39de que nuestro Sol se quede sin combustible y se transforme en una gigante roja.
00:44Pero hoy no solo vamos a hablar de los tipos de estrellas con los que estamos familiarizados.
00:49En su lugar, vamos a contemplar estrellas que nunca antes habíamos visto.
00:55Estrellas que, según los astrofísicos, podrían existir hipotéticamente, incluidas las estrellas
01:02que están literalmente hechas de vacío.
01:07Acompáñame hoy en nuestra inmersión en el mundo de las estrellas exóticas. Algunas
01:12de estas estrellas pueden imitar a los agujeros negros y parecerse a la energía oscura, por
01:18lo que han sido objeto de muchos estudios recientes e incluso de algún drama en el mundo
01:23de la física. En este vídeo vamos a explorarlo todo, desde las teorías físicas en las que
01:29se basan estas ideas, hasta las especulaciones más descabelladas que las rodean.
01:36En primer lugar, debemos sentar algunas bases y comprender cómo funcionan las estrellas en
01:41general, empezando por la estrella más importante de todas, el Sol.
01:46Como el Sol está hecho de gas y no de materia sólida, no podrías pararte en su superficie
01:51como lo harías en la Tierra. La gravedad del Sol te arrastraría hacia el centro.
01:57Entonces, ¿por qué el gas de la superficie no es atraído también hacia adentro?
02:04Resulta que hay una presión que empuja hacia afuera desde el núcleo del Sol, que contrarresta
02:08esta atracción de la gravedad. La fuente principal de esta presión es la radiación creada por
02:14las reacciones de fusión en el núcleo, la misma radiación responsable de transportar
02:20la luz y el calor del Sol a la Tierra. Tanto si consideras la radiación como fotones
02:25individuales u ondas en el campo electromagnético, su trayectoria desde el núcleo hacia las capas
02:31exteriores del Sol provocará un empuje hacia el exterior en todas direcciones. Esta presión
02:37de la radiación no sería suficiente para evitar que cayeras en el Sol, solo lo suficiente para
02:43impedir que el propio gas del Sol colapse sobre sí mismo. Este acto de equilibrio entre la
02:49gravedad y la presión se da prácticamente en todos los tipos conocidos de estrellas. Lo
02:55que diferencia a los distintos tipos de estrellas es de dónde procede esa presión. En el caso
03:01de nuestro Sol, la presión procede de la fusión del hidrógeno en helio. Cuando el Sol se quede
03:08sin hidrógeno dentro de unos 5.000 millones de años, se convertirá en una estrella gigante
03:12roja cuya presión procede de la fusión del helio en núcleos aún más pesados como el carbono
03:18o el oxígeno. Finalmente, el Sol también se quedará sin helio y sin otros elementos
03:23ligeros que puedan utilizarse como combustible para la fusión nuclear. En ese momento, colapsará
03:30convirtiéndose en una pequeña estrella conocida como enana blanca. Como ya no se produce fusión,
03:37las enanas blancas a veces se denominan remanentes estelares en lugar de estrellas. Pero si ya no
03:44hay fusión, ¿de dónde procede la presión para sostener estos restos estelares?
03:50Resulta que la gravedad tira del gas de una enana blanca hacia adentro, hasta que es tan
03:54denso que surge un nuevo tipo de presión, conocida como presión de degeneración de electrones.
04:01Se trata de un efecto puramente mecánico cuántico, y es el mismo efecto responsable de que no puedas
04:07pasar la mano a través de objetos sólidos. Los electrones simplemente no pueden acercarse
04:13demasiado entre sí sin una cantidad extraordinaria de energía. Pero algunos restos estelares son tan
04:20masivos que ni siquiera la presión de degeneración de los electrones es lo bastante fuerte para
04:26contrarrestar la atracción de la gravedad. Es lo que se denomina el límite de Chandrasekhar.
04:31Es absolutamente imposible tener una enana blanca estable más pesada que 1,4 veces la
04:38masa del Sol. Si una estrella ha quemado todo su combustible nuclear y su núcleo sigue siendo
04:45más pesado que el límite de Chandrasekhar, ese núcleo colapsará sobre sí mismo hasta que se
04:51vuelva tan denso que surja un tipo de presión cuántica aún más fuerte, conocida como presión
04:57de degeneración de neutrones, que impide que los neutrones se acerquen demasiado entre sí.
05:03Una estrella que alcanza ese estado se denomina estrella de neutrones, la clase más pequeña y
05:09densa conocida de objetos estelares. Así que ahora te estarás preguntando, ¿existe una masa máxima que
05:18pueda tener una estrella de neutrones sin dejar de estar soportada por la presión de degeneración de
05:23los neutrones? Sí la hay. Esta vez es unas 2,2 veces la masa del Sol. Más pesada que eso
05:31y la estrella
05:32de neutrones seguirá colapsando bajo su propia gravedad. Hasta que, bueno, en realidad, hasta que
05:40nada. Por lo que sabemos, la presión de degeneración de los neutrones es la presión más fuerte posible
05:47que puede ejercer la materia ordinaria. Así que ya no hay nada que impida que un remanente estelar
05:54lo suficientemente pesado colapse sobre sí mismo para siempre. Este es el destino que podría aguardar
06:01algunas de las estrellas más masivas que hemos observado en el universo. Desde la perspectiva de
06:07un observador externo, estas estrellas se volverían tan densas que lo único que podríamos ver sería un
06:13agujero negro. Pero entonces los científicos empezaron a preguntarse, ¿qué le ocurriría a una
06:21estrella que no estuviera hecha de materia ordinaria? Si formas exóticas de la materia pudieran
06:27hipotéticamente producir presiones aún mayores que la presión de degeneración de los neutrones,
06:33¿qué nuevos tipos de estrellas podrían existir? Podrías pensar que simplemente podríamos continuar la
06:40pauta que empezábamos a ver antes. Las estrellas podrían hacerse aún más pequeñas e incluso más
06:46densas que las estrellas de neutrones, siempre que estuvieran soportadas por algún tipo de presión aún
06:53mayor. Podrías pensar que el único límite a lo pequeñas que podrían llegar a ser sería el punto de
07:00no retorno en el que se convertirían en agujeros negros. Ese punto de no retorno es cuando una estrella se
07:06hace más pequeña que su propio radio de Schwarzschild. Esto es casi cierto, pero no del todo. En cambio,
07:14el físico Hans-Adolf Bogdal demostró en 1959 que una estrella hecha de cualquier forma realista de
07:21materia, con densidad de energía y presión positivas, no puede ser más pequeña que 9 entre 8 veces su radio
07:29de Schwarzschild. Puede que no parezca una gran diferencia, pero ese factor de 9 a 8 significa
07:36que cualquier estrella realista tiene que ser notablemente mayor que un agujero negro, lo que
07:42hace mucho más fácil distinguirlas. Fue entonces cuando los físicos empezaron a preguntarse por las
07:48estrellas que Bogdal llamaría menos realistas. Por ejemplo, ¿qué pasaría si una estrella estuviera hecha
07:55de una materia que permitiera que la presión fuera negativa en algunas regiones y positiva en otras?
08:02Entonces no se aplicaría el límite de Bogdal, y esa estrella podría tener menos de 9 entre 8 veces
08:08su radio de Schwarzschild. De hecho, podría acercarse arbitrariamente al tamaño de un agujero negro con la
08:15misma masa. Como añadido, las estrellas teóricas como estas, que podrían imitar la apariencia de los
08:23agujeros negros, se convirtieron en una molestia para los astrofísicos, ya que ahora, cada vez que
08:29descubrían algo que creían que era un agujero negro, no podían limitarse a decir que habían
08:34descubierto un agujero negro. Tenían que matizar que se trataba de un agujero negro o de un objeto
08:39extremadamente compacto que imitaba un agujero negro. Aunque en el fondo la mayoría de ellos estuvieran
08:46bastante convencidos de que se trataba de un agujero negro. Pero volviendo al tema principal,
08:52¿qué aspecto tendrían estas estrellas exóticas con presiones negativas? La respuesta resulta ser
08:59aún más extraña de lo que podría haber imaginado. En la década de 1930, Tolman, Oppenheimer y Volkov
09:06dedujeron una ecuación que describe cómo cambia la presión de una estrella estable a medida que te
09:12alejas de su centro. Hoy en día se denomina simplemente ecuación TOF. Si el centro de una
09:20estrella tiene una presión negativa significativa, que ejercería algún tipo de atracción en lugar de
09:25empuje, la ecuación dice que esta estrella sólo puede ser estable y en equilibrio si su presión hace
09:32algo realmente extraño. En primer lugar, la presión tiene que llegar hasta el infinito negativo en algún
09:39lugar de la estrella. Luego tiene que voltear hasta el infinito positivo y disminuir desde ahí hacia el
09:46exterior hasta alcanzar presión cero, lo que marca la superficie exterior de la estrella. La ubicación
09:54exacta de la presión infinita depende de cuál sea la presión en el centro. Por tanto, si ajustas bien
10:00esa presión central, puedes mantener la presión finita hasta el borde de la estrella. Eso ocurre cuando
10:07la presión en el centro es exactamente igual y opuesta a la densidad de energía de la estrella
10:13allí. En este caso especial, las ecuaciones superiores dicen que la presión y la densidad
10:20de energía permanecen constantes, iguales y opuestas en todo el volumen de la estrella hasta su superficie.
10:28Si has visto algún otro de nuestros episodios, puede que esto te suene. Una densidad de energía
10:35positiva constante, emparejada con una presión constante pero negativa, no se parece a ninguna
10:41estrella que hayamos visto antes, pero empieza a parecerse más a un misterioso componente de nuestro
10:47universo. La energía oscura. Y puesto que la presión y la densidad de energía en un gravastar son iguales
10:55en magnitud, no se trata de cualquier tipo de energía oscura. Son las propiedades exactas de la
11:02energía del vacío. Por eso, esta exótica estrella pasó a denominarse estrella de vacío gravitacional,
11:10o gravastar para abreviar. En el interior de un gravastar, la fuerza gravitatoria es exactamente
11:18cero, porque la energía positiva y la presión negativa ejercen respectivamente una atracción
11:24y un empuje gravitatorios que se anulan mutuamente. Y como la presión en los gravastares es constante,
11:32tampoco hay gradiente de presión que ejerza ningún tipo de empuje en una dirección u otra. Esto
11:38significa que si te encontraras dentro de un gravastar, no serías ni atraído ni empujado hacia
11:44afuera. Podrías flotar libremente como si estuvieras en un vacío real. Otra característica
11:51curiosa de las estrellas con presiones negativas es que cuanto más te acercas al límite especial de
11:57un gravastar, que si recuerdas es cuando la superficie de presión infinita es empujada hacia
12:03afuera hasta el borde de la estrella, más se aproxima su tamaño al de un agujero negro con la
12:08misma masa. Esto plantea dos cuestiones clave que recientemente han recibido mucha atención por parte
12:14de los físicos. En primer lugar, ¿cómo podemos saber si los objetos extremadamente compactos que
12:21los astrónomos han observado en las fusiones y en el centro de las grandes galaxias son agujeros
12:27negros o simplemente estrellas exóticas con casi el mismo tamaño? Y en segundo lugar, si las gravastars
12:35son reales y están dispersas por todo el universo, ¿podrían ser la energía oscura que ha estado haciendo
12:41que el universo se acelere durante los últimos 5.000 millones de años? Para responder a la primera
12:48pregunta, los físicos se basan en la principal distinción entre los agujeros negros y otros
12:53objetos compactos. La existencia de un horizonte de sucesos. La característica que define a un agujero
13:00negro es que nada que caiga en su interior puede volver a salir. En cambio, si una estrella exótica es
13:08incluso ligeramente mayor que su radio de Schwarzschild, no tendría horizonte de sucesos y podría emitir
13:15información hacia el exterior en forma de luz. No solo eso, sino que los objetos sin horizonte de
13:21sucesos podrían tener firmas diferentes en sus emisiones de ondas gravitacionales que las de los
13:27agujeros negros durante una fusión. Esto nos permitiría distinguirlos midiendo y analizando esas
13:33ondas gravitacionales mediante observatorios como LIGO. Pero incluso con esta batería de pruebas,
13:40resulta que las estrellas lo suficientemente pequeñas y densas siguen siendo difíciles de
13:46distinguir de los agujeros negros. Hasta ahora, lo mejor que podemos hacer es decir que el radio de
13:53los candidatos a agujeros negros que vemos en el universo es al menos aproximadamente igual al radio de
13:59Schwarzschild. En algunos casos, se trata solo de una estimación aproximada, pero en otros hemos
14:06calculado ese radio con una precisión de 40 decimales. En cuanto a la segunda pregunta sobre
14:12la energía oscura, ahí es donde las cosas se ponen realmente candentes. A principios de 2023,
14:20un análisis dirigido por físicos de la Universidad de Hawaii descubrió que las observaciones astronómicas
14:26de agujeros negros masivos mostraban que su masa crecía con el tiempo exactamente al mismo ritmo al
14:33que se esperaba que creciera la energía oscura con el tiempo, debido a la expansión del universo.
14:39Llegaron a la inevitable conclusión de que los agujeros negros deben estar hechos de energía oscura,
14:45y que en realidad se parecen más a gravastares que a agujeros negros ordinarios con singularidades
14:51de densidad infinita en sus centros. Esta conclusión fue ferozmente rebatida. Los astrónomos argumentaron
15:00que el análisis de los datos observacionales no era del todo correcto, y los físicos teóricos
15:06sostuvieron que la expansión del universo no debería tener nada que ver con el crecimiento
15:12de los agujeros negros en ningún caso. Así pues, aunque la idea de que la energía oscura
15:18podría existir en forma de gravastares suena apasionante, parece que la comunidad científica
15:24no va a convencerse a menos que se apoye simultáneamente en datos mejores y modelos
15:30teóricos más convincentes. Pero, ¿dónde te sitúas tú en este debate? Si es negro y en botella,
15:38deberíamos llamarlo simplemente agujero negro, o deberíamos considerar la posibilidad de que
15:44los agujeros negros puedan ser realmente guardianes secretos de la energía oscura.
15:49Házmelo saber en los comentarios. Gracias por tu visita y nos vemos en el futuro.
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