En relatividad general , el modelo de Oppenheimer-Snyder es una solución a las ecuaciones de campo de Einstein basada en la métrica de Schwarzschild que describe el colapso de un objeto de masa extrema en un agujero negro . [1] Recibe su nombre en honor a los físicos J. Robert Oppenheimer y Hartland Snyder , quienes lo publicaron en 1939. [2]
Durante el colapso de una estrella en un agujero negro, la geometría del exterior de la esfera es la geometría de Schwarzschild. Sin embargo, la geometría del interior es, curiosamente, la misma geometría de Robertson-Walker que en el resto del universo observable. [3]
Albert Einstein , que había desarrollado su teoría de la relatividad general en 1915, negó inicialmente la posibilidad de los agujeros negros, [4] a pesar de que eran una implicación genuina de la métrica de Schwarzschild, obtenida por Karl Schwarzschild en 1916, la primera solución exacta no trivial conocida para las ecuaciones de campo de Einstein. [1] En 1939, Einstein publicó "Sobre un sistema estacionario con simetría esférica que consta de muchas masas gravitantes" en los Anales de Matemáticas , afirmando proporcionar "una comprensión clara de por qué estas ' singularidades de Schwarzschild ' no existen en la realidad física". [4] [5]
Meses después de la publicación del artículo de Einstein, [4] J. Robert Oppenheimer y su alumno Hartland Snyder estudiaron este tema con su artículo "On Continued Gravitational Contraction" (Sobre la contracción gravitacional continua) en el que planteaban el argumento opuesto al de Einstein. [6] [5] Demostraron que cuando una estrella suficientemente masiva se queda sin combustible termonuclear, experimentará una contracción gravitacional continua y quedará separada del resto del universo por un límite llamado horizonte de sucesos , del que ni siquiera la luz puede escapar. Este artículo predijo la existencia de lo que hoy se conoce como agujeros negros. [1] [7] El término "agujero negro" fue acuñado décadas después, en el otoño de 1967, por John Archibald Wheeler en una conferencia celebrada por el Instituto Goddard de Estudios Espaciales en la ciudad de Nueva York; [7] apareció por primera vez impreso el año siguiente. [8] Oppenheimer y Snyder utilizaron la propia teoría de la gravedad de Einstein para demostrar cómo podrían desarrollarse los agujeros negros por primera vez en la física contemporánea, pero sin hacer referencia al artículo mencionado anteriormente de Einstein. [4] Sin embargo, Oppenheimer y Snyder hicieron referencia a un artículo anterior de Oppenheimer y Volkoff sobre estrellas de neutrones, que mejoraba el trabajo de Lev Davidovich Landau . [7] Previamente, y en el mismo año, Oppenheimer y tres colegas, Richard Tolman , Robert Serber y George Volkoff , habían investigado la estabilidad de las estrellas de neutrones, obteniendo el límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff . [9] [10] [11] Oppenheimer no volvería a tratar el tema en futuras publicaciones. [12]
El modelo de Oppenheimer-Snyder de colapso gravitacional continuo se describe mediante el elemento de línea [13]. Las cantidades que aparecen en esta expresión son las siguientes:
Esta expresión es válida tanto en la región de la materia como en la región del vacío , y cambia continuamente entre las dos.
Kip Thorne recordó que los físicos inicialmente se mostraron escépticos con respecto al modelo, considerándolo "realmente extraño" en ese momento. [12] Explicó además: "Fue difícil para la gente de esa época entender el artículo porque las cosas que se estaban sacando de las matemáticas eran muy diferentes de cualquier imagen mental de cómo deberían comportarse las cosas en el universo". [14] El propio Oppenheimer pensó poco en este descubrimiento. [2] Sin embargo, algunos consideraron que el descubrimiento del modelo era más significativo que el propio Oppenheimer, [2] y el modelo sería descrito más tarde como un modelo de pensamiento avanzado. [12] Freeman Dyson pensó que era la mayor contribución de Oppenheimer a la ciencia. Lev Davidovich Landau agregó el artículo de Oppenheimer-Snyder a su "lista de oro" de artículos clásicos. [2] John Archibald Wheeler fue inicialmente un oponente del modelo hasta fines de la década de 1950, [1] [12] cuando se le pidió que enseñara un curso sobre relatividad general en la Universidad de Princeton. [8] Wheeler afirmó en una conferencia en 1958 que el modelo de Oppenheimer-Snyder había descuidado las muchas características de una estrella realista. Sin embargo, más tarde cambió de opinión por completo después de que Edward Teller le informara de que una simulación por computadora realizada por Stirling Colgate y su equipo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore había demostrado que una estrella suficientemente pesada sufriría una contracción gravitacional continua de una manera similar al escenario idealizado descrito por Oppenheimer y Snyder. [1] Posteriormente, Wheeler jugó un papel clave en la reactivación del interés por la relatividad general en los Estados Unidos y popularizó el término "agujero negro" a fines de la década de 1960. [8] Varios físicos teóricos investigaron este tema [5] y, a fines de la década de 1960 y principios de la de 1970, los avances en la astronomía observacional, como los radiotelescopios , cambiaron la actitud de la comunidad científica. [14] Ya se habían descubierto los púlsares y los agujeros negros ya no se consideraban meras curiosidades de los libros de texto. [15] Cygnus X-1 , el primer candidato a agujero negro sólido, fue descubierto por el telescopio espacial de rayos X Uhuru en 1971. [1] Jeremy Bernstein lo describió como "uno de los grandes artículos de la física del siglo XX". [14]
Después de ganar el Premio Nobel de Física en 2020, Roger Penrose atribuiría al modelo de Oppenheimer-Snyder una de sus inspiraciones para la investigación. [16] [12]
El hindú escribió en 2023: [17]
El mundo de la física sí recuerda el artículo. Aunque Oppenheimer es recordado en la historia como el “padre de la bomba atómica”, su mayor contribución como físico fue la física de los agujeros negros. El trabajo de Oppenheimer y Hartland Snyder ayudó a transformar los agujeros negros de invenciones de las matemáticas a posibilidades físicas reales, algo que se puede encontrar en el cosmos.
