Comprender la teoría de la relatividad es más fácil con estas herramientas interactivas

A partir de las observaciones realizadas desde Chile con el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral se ha conseguido confirmar, por primera vez, los efectos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein sobre el movimiento de una estrella, llamada S2, mientras pasa por el potente campo gravitatorio que genera el agujero negro supermasivo. El alumnado puede explorar el Universo, los agujeros negros y su relación con la teoría de la relatividad mediante distintas herramientas interactivas.

ORIENTACIÓN PEDAGÓGICA:

El agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra se encuentra a 26.000 años luz de distancia. A su alrededor se produce el campo gravitatorio más potente de nuestra galaxia y es el lugar perfecto para explorar la física de la gravedad y, en concreto, para probar la teoría de la relatividad general de Einstein. Nuevas observaciones infrarrojas llevadas a cabo en el Very Large Telescope (VLT) han permitido a los astrónomos seguir a una estrella llamada S2 a medida que pasaba muy cerca del agujero negro durante mayo de 2018. Las nuevas medidas revelan claramente un efecto llamado desplazamiento al rojo gravitacional que coincide con la predicción realizada por teoría de la relatividad general de Einstein.

Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. Tras aclarar esta cuestión podemos buscar información sobre la constatación de la teoría general de la relatividad cerca de un agujero negro supermasivo. Además, el alumnado puede realizar una búsqueda por Internet del significado de otros términos que aparezcan en él, como por ejemplo: nubes de gas molecular, galaxia y Universo.

Hecha esta pequeña introducción conceptual al tema que nos ocupa, el docente puede pedir al alumnado que realice un trabajo de investigación que les permita comprender mejor las características de los agujeros negros y la relación que existe entre éstos y las estrellas ordinarias, las enanas blancas y las estrellas de neutrones. Además, también pueden estudiar las principales premisas de la teoría de la relatividad de Einstein y reflexionar, en gran grupo, sobre la relación de esta teoría y los agujeros negros.

La astronomía es la ciencia que se ocupa del estudio de los cuerpos celestes del Universo, entre ellos los agujeros negros. Los discentes pueden recabar información sobre la evolución histórica y los avances de esta disciplina científica, diferenciándola de la astrofísica, crear una línea temporal donde consten los momentos más destacados de la historia de estas dos ciencias, y definir las principales características de la astronomía observacional.

El papel del Very Large Telescope (VLT, literalmente Telescopio Muy Grande) del Observatorio Europeo Austral situado en Chile ha sido clave para realizar las mediciones que han efectuado sobre la estrella S2. El VLT es un sistema de cuatro telescopios ópticos separados, rodeados por varios instrumentos menores. Cada uno de los cuatro instrumentos principales es un telescopio reflector con un espejo de 8,2 metros. El proyecto VLT forma parte del Observatorio Europeo del Sur (ESO), la mayor organización astronómica de Europa. Los alumnos pueden ampliar estas informaciones y hacer una ficha técnica de este sistema de observación. Por otro lado, los discentes pueden comparar las distintas instalaciones astronómicas ubicadas en el desierto de Atacama.

Por último, los alumnos pueden centrarse en el estudio de los telescopios. Para ello, pueden investigar tanto la historia como las principales características técnicas de estos instrumentos ópticos, descubriendo el significado de términos como distancia focal u ocular, entre muchos otros. Paralelamente se puede pedir a los estudiantes que lleven a cabo un monográfico sobre algunos de los telescopios más famosos como el Hubble, el Very Large Telescope o el Gran Telescopio Canarias con ítems como ubicación, fecha de construcción, principales descubrimientos, etc. Para ello se puede pedir al alumnado que se divida en grupos de intereses y que investigue para crear un trabajo sobre el tema escogido que deberá presentar al resto de la clase.

PROPUESTA TIC:

Podemos iniciar el trabajo sobre esta noticia visualizando el extracto del documental ‘Los misterios del espacio timepo’: ‘Teoría de la relatividad – Einstein – Conexión velocidad / espacio / tiempo’, se trata de un vídeo alojado en YouTube que nos muestra de una manera sencilla, mediante una narración animada y con ejemplos de la vida cotidiana en qué consiste la teoría de la relatividad de Einstein. De esta forma, con su visionado podemos comprender mejor cómo percibiríamos a nivel cotidiano la teoría de la relatividad.

¿Qué son los agujeros negros?

Otro recurso audiovisual que puede ser interesante para que el alumnado comprenda aspectos importantes sobre la noticia de referencia es ‘¿Qué son los agujeros negros?’. Se trata de un recurso audiovisual del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial Hubble sobre agujeros negros. Además, la web del Hubble en el que se aloja este audiovisual ofrece imágenes y gran cantidad de aplicaciones interactivas que pueden ser de utilidad para la clase.

Black Hole Hunter

Black Hole Hunter’ es un juego interactivo en el que debemos encontrar agujeros negros a partir de la detección de ondas gravitacionales. Utilizando la teoría de la relatividad general, los científicos predijeron que, cuando los agujeros negros colisionan, producen ondas gravitacionales que se propagan a la velocidad de la luz en todas direcciones. Cuando estas ondas gravitacionales llegan a la Tierra, producen vibraciones diminutas que pueden ser detectadas por el detector de ondas gravitacionales LIGO. Las vibraciones en el detector pueden transformarse en sonido, permitiéndote escuchar colisiones de agujeros negros. Sin embargo, otras cosas pueden producir también vibraciones en el detector, como un terremoto al otro lado del mundo o el tráfico a varios kilómetros de distancia. Esto crea ruido en los detectores, lo que dificulta la observación de la señal de ondas gravitacionales. En Black Hole Hunter el objetivo del alumnado será escuchar los datos del detector de ondas gravitacionales y determinar si pueden oír la señal de ondas gravitacionales en el archivo de sonido o si es simplemente ruido.

Einstein@Home

Además, si deseamos involucrar al alumnado en un proyecto para detectar ondas gravitacionales, podemos proponerles participar en ‘Einstein@Home’. Éste es un programa que usa el tiempo desocupado de tu ordenador para la búsqueda de ondas gravitacionales a partir de objetos compactos giratorios aislados (entre los cuales hay púlsares) usando datos del detector de ondas gravitacionales LIGO.

Einstein Light’

Po otro lado, para comprender cómo afectan distintas teorías que han querido explicar cómo se comportan el espacio, el tiempo y la materia podemos utilizar el recurso interactivo ‘Einstein Light’. Se trata de una web que permite experimentar con los distintos descubrimientos realizados por físicos tan importantes como Galileo, Maxwell y Einstein. Los temas se clasifican por lecciones que incluyen vídeos y animaciones explicativas. Este recurso está disponible en inglés con subtítulos en distintos idiomas, entre ellos el español.

WorldWide Telescope

WorldWide Telescope’ es una aplicación web en 3D para el estudio astronómico que convierte tu equipo en un telescopio virtual con el que poder explorar el Universo. Sólo se necesita estar conectado a Internet y familiarizarse con los controles que aparecen en la pantalla de inicio. Tiene cuatro vistas principales: desde cualquier posición de la Tierra al cielo mostrando estrellas y constelaciones, vista de cada planeta al detalle, fotografías de estrellas integradas en el espacio e imágenes panorámicas (360º) que transmiten los rovers que circulan por Marte. ‘WorldWide Telescope’ dispone además de algunas funciones como los viajes guiados a galaxias, nebulosas, agujeros negros, supernovas, etc. También cuenta con una pestaña que simula un telescopio, un buscador y un acceso a la comunidad del programa. Al usar esta herramienta, el alumnado puede conocer las posiciones de los planetas y la Luna en tiempo real, mover la galaxia hacia adelante y hacia atrás en el tiempo o descubrir dónde se encuentran las distintas constelaciones.

Dada la complejidad de esta herramienta, se recomienda que antes de dejar al alumnado utilizar por sí solo este recurso online, el profesorado debe explorar sus posibilidades. De esta forma, cada docente debe adecuar ‘WorlWide Telescope’ a sus necesidades por lo que debe dominar su funcionamiento para sacarle el rendimiento deseado. En relación con el tema de la noticia de referencia, se pueden realizar distintas actividades con el alumnado mediante este telescopio virtual. Podemos localizar y observar objetos concretos del Universo a través del buscador, o bien realizar alguno de los viajes guiados disponibles, como por ejemplo el dedicado a los agujeros negros.

Una vez realizadas las observaciones de agujeros negros y otros objetos astronómicos, el alumnado puede reflexionar sobre la experiencia y los conocimientos adquiridos a través de la observación virtual.

The space place

Finalmente, si deseamos tratar el tema de la noticia con alumnado de 6 a 8 años, podemos optar por presentarles la web ‘The space place’ es el proyecto de extensión educativa de la web oficial de la NASA. El sitio está pensado para ser visitado por niños en edad escolar. Por este motivo, su aspecto es amigable y tiene una sencilla estructura modular que facilita la selección de los diferentes proyectos o actividades propuestos.

Existen tres secciones básicas: Explorar, Hacer y Jugar que ofrecen distintos tipos de ejercicios a realizar en clase. Entre la amplia gama destacan los juegos astronómicos, las animaciones ilustrativas y los proyectos de manualidades centrados en temas divertidos y hechos asombrosos relacionados con la Tierra, el espacio y la tecnología. Algunos ejemplos son crear asteroides con puré de patatas o confeccionar un rompecabezas de un mapa en relieve.

Para profundizar sobre los agujeros negros, nos ofrece una sección especial sobre el tema  en la que podemos recabar información y también jugar a ‘¡Rescate del agujero negro!’, en el que debes rescatar palabras antes de que sean atraídas por la poderosa gravedad del agujero negro.

PARA SABER MÁS:

Agujeros negros:

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Albert Einstein:

123

Teoría de la relatividad:

12

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