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INTRODUCCIÓN ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA

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La relatividad general y la curvatura del espacio-tiempo

 

Supernovas y estrellas de neutrones
Una supergigante
Una supernova
Nucleosíntesis estelar
Una estrella de neutrones
Un púlsar
La radiación de los púlsares

Las fuentes X y gamma
Las fuentes de rayos X
El enigma de las explosiones de rayos gamma
El origen de las explosiones de rayos gamma

La relatividad restringida
El fin del espacio absoluto
La relatividad restringida
La dilatación del tiempo
La contracción del espacio y el espacio-tiempo

La relatividad general
El principio de equivalencia
La relatividad general y la curvatura del espacio-tiempo
Las verificaciones de la relatividad general
La onda gravitacional
La lente gravitacional

Los agujeros negros
Un agujero negro
El espacio-tiempo alrededor de un agujero negro
Un agujero negro histórico: Cygnus X-1

 

 

 

 

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Imagen que ofrece una fotografía del sol en rayos x. Crédito: NASA Goddard Laboratory for Atmospheres

 

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Visión artística de un agujero negro con disco de acreción. Crédito: Jörn Wilms (Tübingen) et al.; ESA

La relatividad general y la curvatura del espacio-tiempo

Desarrollando sus ideas sobre las consecuencias del principio de equivalencia, Einstein acaba en una nueva visión de la gravitación que debía reemplazar a la de Isaac Newton: la relatividad general. El aspecto más importante de esta teoría es la desaparición del concepto de fuerza de gravitación.

Para Einstein, el movimiento de un cuerpo no está determinado por fuerzas, sino por la configuración del espacio-tiempo. Por ejemplo, según Newton, la Tierra gira alrededor del Sol porque éste ejerce una fuerza gravitacional sobre nuestro planeta. Para Einstein, es una perturbación del espacio-tiempo introducida por la masa del Sol que es la causa del movimiento de la Tierra.

Para comprender mejor esta idea, acudamos a una analogía a dos dimensiones. El espacio, en relatividad general, puede ser comparado con un tipo de tejido elástico. La presencia de una estrella puede ser simulada poniendo una bola sobre este tejido. Ésta se hunde en el tejido, lo deforma y crea allí una depresión.

¿Qué pasa cuando un cuerpo más pequeño pasa cerca de la estrella? Hagamos rodar una bola más pequeña sobre el tejido: la trayectoria es primero una simple línea recta, pero cuando la segunda bola pasa cerca de la primera, penetra ligeramente en la depresión. Se desvía entonces de su línea recta y su trayectoria se curva. Sobre este tejido elástico, el movimiento de la bola no es dictado por una fuerza, sino por la forma del espacio o, más precisamente, por la curvatura de éste.

 

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El tiempo y el espacio, de acuerdo a las teorías de la Relatividad de Einstein, van tejidos conjuntamente, formando una tela de cuatro dimensiones denominada "espacio-tiempo". La enorme masa de la Tierra ahueca esta tela, al igual que una persona pesada que se sentase en el centro de un botador elástico. La gravedad, dice Einstein, es simplemente el movimiento de los objetos siguiendo las líneas curvadas de esa depresión. Crédito: http://ciencia1.nasa.gov/science-at-nasa/2005/16nov_gpb/

La curvatura del espacio tiempo

La relatividad general abandona el concepto de fuerza y lo reemplaza por el concepto de curvatura del espacio-tiempo. Los cuerpos celestes adoptan trayectorias lo más derechas posibles, pero deben someterse a la configuración del espacio-tiempo. Lejos de toda distribución de materia, la curvatura del espacio-tiempo es nula, y todas las trayectorias son líneas rectas. Cerca de un cuerpo masivo como el Sol, el espacio-tiempo se deforma, y los cuerpos se desplazan en líneas curvas.

Para ser completa, la teoría de la relatividad general debe también dar un medio de calcular la curvatura del espacio-tiempo creada por una distribución de masa. Lo hace a través de un sistema muy complejo de fórmulas matemáticas, las ecuaciones de Einstein, que conectan curvatura del espacio-tiempo y distribución de masa. Este sistema es tan complejo que solo ha sido resuelto en algunos casos de figura muy simples, por ejemplo, alrededor de una estrella aislada.

La visión del mundo de Albert Einstein es, pues, muy diferente de la propuesta por Isaac Newton. Sin embargo, la mayoría de las veces las dos teorías dan resultados prácticamente idénticos. Las divergencias sólo aparecen en condiciones extremas, sea por cuerpos desplazándose a una velocidad próxima a de la de la luz, o sea por cuerpos que generan campos muy poderosos de gravedad; lo que no es el caso sobre Tierra en la vida diaria. Es por eso que los automovilistas y peatones envejecen al mismo ritmo, así como los habitantes de la planta baja y del último piso de un edificio.

 

 

ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)

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