Herramientas interactivas para el estudio de los agujeros negros y la teoría de la relatividad

Un equipo de más de 200 investigadores capta las primeras imágenes de un agujero negro supermasivo.  Este logro confirma de manera definitiva la teoría de la relatividad general  de Einstein. El alumnado puede explorar el Universo, los agujeros negros y su relación con la teoría de la relatividad mediante distintas herramientas interactivas.

ORIENTACIÓN PEDAGÓGICA:

Un agujero negro supermasivo, situado en el centro de la galaxia M87  y con una masa equivalente a 6.500 millones de soles, ha sido el primero en ser fotografiado por astrónomos vinculados al consorcio internacional del Telescopio Horizonte de Sucesos (Event Horizon Telescope o EHT, por sus siglas en inglés). Este proyecto ha logrado coordinar los esfuerzos de ocho potentes radiotelescopios (y unos 200 investigadores) repartidos por todo el mundo para que funcionaran con la potencia de un telescopio del tamaño de la Tierra.

Las primeras imágenes de un agujero negro, alrededor del cual se produce un potentísimo campo gravitatorio y que constituye el lugar perfecto para explorar la física de la gravedad, confirman de manera definitiva la teoría de la relatividad general de Einstein, sobre la que se ha basado el estudio del Universo.

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 tan potente 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.

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.

PROPUESTA TIC:

Podemos iniciar el trabajo sobre esta noticia visualizando dos recursos audiovisuales:

Por un lado, el extracto del documental ‘Los misterios del espacio tiempo’: ‘Teoría de la relatividad – Einstein – Conexión velocidad / espacio / tiempo’, se trata de un vídeo de 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?

Por otro, ‘¿Qué son los agujeros negros?’, un recurso útil para que el alumnado comprenda aspectos importantes sobre la noticia de referencia es. Se trata de un audiovisual elaborado por el 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

Una vez que hemos introducido al alumnado en la temática, podemos iniciar el estudio en profundidad sobre los agujeros negros iniciando el trabajo con una actividad más lúdica. ‘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.

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. Solo 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 explore 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.

Amasing Sapce

Amasing Sapce’ es una web pensada para los estudiantes, que ofrece una completa información acerca de la formación de la Tierra, los planetas y las galaxias, la gravedad, los agujeros negros, etc. Su objetivo es promover el aprendizaje de la ciencia y la astronomía mediante la realización de atractivas actividades en el aula, dirigidas a todas las edades.

La página se sirve de los descubrimientos del Telescopio Espacial Hubble para educar acerca de las últimas maravillas de nuestro universo, a la par que ofrece una amplia selección de temas clásicos como, por ejemplo, las exploraciones o el cielo nocturno. En estos apartados, además de encontrar material explicativo, tenemos acceso a múltiples actividades educativas.

Se sugiere al profesorado que visite la web y seleccione aquellas actividades que considere más adecuadas para el nivel de su alumnado. Tras hacer su pertinente explicación del tema, puede emplear estos ejercicios para que los alumnos trabajen la materia a través de los recursos online propuestos. Estos materiales también pueden serle útiles para realizar la evaluación.

Einstein@Home

Por otro lado, 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

También, 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.

spaceplace

Además, 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:

1234

Teoría de la relatividad:

12

Astronomía para niños

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