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Reportaje

Lo que no sabías sobre la física de Interstellar

Detrás de la fantasía y de los impactantes efectos especiales, se encuentran verdaderas sutilezas físicas
8 de Diciembre de 2014 • 10:43 am

Hace más de un mes que la gran apuesta de Christopher Nolan, Interstellar, se estrenó en la gran pantalla. Impresionantes efectos especiales colman la película y hacen de ella una auténtica delicia para científicos y amateurs. En este reportaje te desvelamos los entresijos de la ciencia más oculta de Interstellar.

  • Carmen Álvarez
    Por Carmen Álvarez Periodista. Escribe en la sección de ‘Ciencia y Tecnología’ de Koboonga
  • Por Beatriz Mora Lda. en Física y actualmente estudiante de Doctorado en Nanociencia y Nanotecnología en la UPV-EHU

La película no ha dejado indiferente a nadie, sobre todo a científicos y divulgadores de todo el mundo, ya que en un primer momento muchos son los que se atrevieron a comentar varios de los errores físicos que creyeron ver en la película y luego se han retractado. Y es que lo que no sabían era que Kip S. Thorne -físico teórico, uno de los que más saben en el mundo de agujeros negros y el encargado de revisar y dar el visto bueno a toda la ciencia de la película-  guardaba un as en la manga al publicar el libro The Science of Interstellar, en el que explica punto por punto los fenómenos cosmológicos que aparecen en la película.

Es el caso, por ejemplo, de Francisco R. Villatoro, físico y Doctor en matemáticas, que tras equivocarse en su blog “La ciencia de la mula Francis” en Naukas, dijo esto: “todos los fallos que yo creí observar tras ver la película en el cine y que desglosé en mi entrada ‘La física de la película Interestelar’ tienen respuesta en el libro de Thorne. Por supuesto, la película contiene física establecida, física en el límite de lo establecido y física especulativa. Pero incluso esta última ha sido cuidada con sumo mimo. Me quito la txapela ante el maestro”. Otro ejemplo curioso es el de  Lee Billings, periodista científico que escribe en Nature, Scientific American, entre otras. En el blog que escribe para Scientific American comentó lo siguiente: “tal vez porque califiqué la ciencia de Interstellar  de ‘irrisoriamente mala’, mi post llamó la atención de Kip Thorne. Me envió una copia de su libro y me animó a leerlo y a reconsiderar mis críticas. Más tarde, Thorne y yo debatimos sobre el libro en una entrevista telefónica”.

A continuación, os mostramos algunos de los fallos más criticados por grandes científicos y la solución de Thorne a cada supuesto error. PUEDE CONTENER SPOILER.

1. Emisión de rayos X y gamma letales del disco de acreción.

Una de las imágenes más espectaculares que pudimos ver en la película es la del disco de acreción del agujero negro Gargantua. Thorne presume de que es la primera vez que, en una película de Hollywood, un agujero negro y su disco aparecen tal y como los humanos realmente lo verían si estuvieran haciendo un viaje interestelar.

Disco de acreción / Kip S. Thorne (The Science of Interstellar).

Error detectado por algunos críticos

Si se tratase de un agujero negro con un disco de acreción típico, emitiría rayos X y gamma de tal intensidad que acabaría con todo tipo de vida en los planetas que orbitan en torno a Gargantua -el agujero negro de la película-, haciendo de ellos planetas estériles. ¡Literalmente les freiría!

Solución de Thorne

En su libro propone que Gargantua posee un disco de acreción anémico o adormecido. En vez de estar a cientos de millones de grados como un disco de acreción típico, el disco de Gargantua está solo a unos pocos miles de grados, como la superficie del Sol, por lo que emite mucha luz pero poca intensidad de rayos X o gamma. De esta forma Gargantua baña a los planetas en luz tipo solar pero no freiría a los futuros paisanos con rayos X.

Discos como este podrían ser comunes en torno a agujeros negros que no han sido alimentados por una estrella en los últimos millones de años o más.  Serían el remanente de lo que en su momento fue un disco de acreción.

2. ¿Planeta de Miller demasiado cerca de Gargantua?

El primer planeta que los protagonistas visitan es el planeta de Miller. Sus características más llamativas  son la gran dilatación temporal, la presencia de olas gigantes y el hecho de que está completamente cubierto de agua.

En la película nos explican que la dilatación temporal en este planeta es tal que una hora de vida allí equivaldría a siete años en la Tierra. Esto nos da la información de que este planeta está tremendamente cerca de Gargantua dado que los efectos de dilatación temporal se hacen más notables cuanto más cerca estamos del objeto masivo. Por otro lado, otra de las consecuencias de estar tan cerca de Gargantua es que las fuerzas de marea en el planeta son enormes.

Pero, ¿qué son las fuerzas de marea? Este tipo de fuerzas se originan debido a que la atracción gravitatoria es distinta en las diferentes partes del planeta, según estén más cerca o más lejos del objeto masivo (el agujero negro). Gargantua tirará más de la cara del planeta más próxima a él que de la cara más alejada.

Como consecuencia, las fuerzas de marea tenderán a estirar el planeta en la dirección que apunta a Gargantua y a reducir su radio o comprimirlo en la dirección perpendicular.

Representación del efecto de las fuerzas de marea en el planeta de Miller‏. / Elaboración propia.

Error advertido por algunos críticos

Si el planeta de Miller está tan cerca de Gargantua, las fuerzas de marea lo destrozarían.

Solución de Thorne

Para que el planeta de Miller no sea destrozado por las fuerzas de marea, Thorne dota a Gargantua de una masa de 100 millones de veces la masa del Sol. ¿Por qué una masa tan grande soluciona el problema? Thorne lo explica: cuanto mayor es la masa del agujero negro, mayor es su circunferencia y por tanto más similares son las fuerzas gravitatorias en las distintas partes del planeta dando lugar a fuerzas de marea más pequeñas.

En este caso Gargantua sería un agujero negro supermasivo. Y para esta masa (100 millones de veces la masa del Sol), el radio del horizonte de eventos del agujero negro sería aproximadamente igual a la órbita de la Tierra en torno al Sol (alrededor de 1 billón de kilómetros). ¡Menudo bicho!

3. Olas gigantes

La existencia de olas gigantes en el planeta de Miller ha sido uno de los fenómenos más criticados.

Ola gigante / Kip S. Thorne (The Science of Interstellar).

Error advertido por algunos críticos

Semejantes olas de más de un kilómetro de altura no parecen tener una causa clara.

Explicación de Thorne

En la interpretación de Thorne, el planeta de Miller debe dar siempre la misma cara a Gargantua, de igual forma que la Luna da siempre la misma cara a la Tierra. Esto es lo que se conoce como acoplamiento de marea. Esto sería esperable dada la corta distancia del planeta de Miller a Gargantua. De no ser así, las fuerzas de marea harían que el planeta se estirara y comprimiera periódicamente. Estos estiramientos y aplastamientos serían enormes comparados con la resistencia del planeta, el cual acabaría destruyéndose.

¿Y cómo se producen las olas gigantes de 1,2 km en el planeta de Miller?

Thorne propone dos soluciones a las olas gigantes. Ambas requieren  que el planeta no esté completamente fijo apuntando a Gargantua, sino que oscile levemente respecto a su posición de equilibrio.

La primera solución se produce debido a la pequeña oscilación del planeta, las fuerzas de marea podrían deformar la corteza del mismo de manera periódica, dando lugar a terremotos gigantes. Estos terremotos podrían generar tsunamis en los océanos del planeta, mucho más grandes que ningún tsunami visto antes en la Tierra.

Otra solución podría ser que esta oscilación produjera altísimas mareas en el planeta de Miller capaces de generar olas tan grandes como las que aparecen en la película.

Fuentes utilizadas:

– Robert J. A. Lambourne, “Relativity, Gravitation and Cosmology”. Cambridge (2010).

– Kip S. Thorne, “The Science of Interstellar”. Norton & Company (2014).

Fuentes utilizadas:

– Robert J. A. Lambourne, “Relativity, Gravitation and Cosmology”. Cambridge (2010).

– Kip S. Thorne, “The Science of Interstellar”. Norton & Company (2014).

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Definiciones que conviene saber

¿Qué es un agujero negro?

Un agujero negro se define como una región del espacio-tiempo en la que la materia y la radiación pueden entrar pero de la cual no pueden escapar.

Esta región está delimitada por una esfera imaginaria denominada horizonte de eventos. Se llama así porque separa los eventos que pueden ser vistos por un observador externo de los que no pueden ser vistos.

En el corazón del agujero negro hay una singularidad –un punto de densidad infinita- que podría surgir del colapso completo de una estrella o de otro cuerpo celeste.

¿Qué es un disco de acreción?

Gas procedente de una estrella que, atraído por un agujero negro, se arremolina en torno al mismo en una estructura en forma de disco. Las partículas del gas son aceleradas y, debido a la fricción, se calientan produciendo la emisión de  rayos X  y rayos gamma.