El origen de los agujeros negros
Ciencia

El origen de los agujeros negros

Un punto en el espacio-tiempo

El término agujero negro tiene un origen muy reciente. Fue acuñado en 1969 por el científico norteamericano John Wheeler como la descripción gráfica de una idea que se remonta hacia atrás un mínimo de 200 años, a una época en que había dos teorías sobre la luz: una, la preferida por Newton, que suponía que la luz estaba compuesta por partículas, y otra que asume que estaba formada por ondas. Hoy en día se sabe que ambas son correctas.

La teoría de que la luz estaba formada por ondas no dejaba claro cómo respondería ésta ante la gravedad. Pero si la luz estaba compuesta por partículas, se podría esperar que fueran afectadas por la gravedad del mismo modo que los planetas. Al principio, se pensaba que las partículas de luz viajaban con infinita rapidez, de forma que la gravedad no hubiera sido capaz de frenarlas, pero el descubrimiento de que se movían a una velocidad finita significó que la gravedad pudiera tener un efecto importante sobre ella.

Visualización de una galaxia medusa obtenida por el telescopio VLT del observatorio de Paranal en Chile. Se ha detectado que este tipo de galaxias “alimentan” a los agujeros negros con su gran cantidad de gases. Foto: EFE

Bajo esta suposición, un catedrático de Cambridge, John Mitchell, escribió en 1783 un artículo en la revista científica Philosophical Transactions of the Royal Society of London, en el que señala que una estrella que fuera suficientemente masiva y compacta tendría un campo gravitatorio tan intenso que la luz no podría escapar: la luz emitida desde la superficie de la estrella sería arrastrada de vuelta hacia el centro por la atracción gravitatoria de este astro antes de que pudiera llegar muy lejos. Mitchell sugirió que podría haber un gran número de estrellas de este tipo. Estos objetos son los que hoy en día llamamos agujeros negros.

¿CÓMO SE FORMAN?

Para entender cómo se podrían crear, hay que conocer el ciclo vital de una estrella. Esta se forma cuando una gran cantidad de gas, principalmente hidrógeno, comienza a colapsar sobre sí mismo debido a su atracción gravitatoria. Conforme se contrae, sus átomos empiezan a colisionar entre sí, cada vez con mayor frecuencia y a mayores velocidades: el gas se calienta. Con el tiempo, su temperatura será tan elevada que cuando los átomos de hidrógeno choquen ya no saldrán rebotados, sino que se fundirán formando helio. El calor desprendido por la reacción, que es como una explosión controlada de una bomba de hidrógeno, hace que la estrella brille.

Las estrellas permanecerán estables en esta forma por un largo periodo, con el calor de las reacciones nucleares equilibrando la atracción gravitatoria. Finalmente, sin embargo, la estrella consumirá todo su hidrógeno y los otros combustibles nucleares.

Los agujeros negros se forman a partir deo de frías y densas nubes de gas intergaláctico. Foto: EFE

Cuando se queda sin combustible, empieza a enfriarse y por lo tanto a contraerse. El campo gravitatorio de su superficie será más fuerte y la velocidad de escape ascenderá a los 300 mil kilómetros por segundo, es decir, la velocidad de la luz. A partir de ese momento, la luz emitida por esa estrella no podrá escapar al infinito porque será retenida por el campo gravitatorio. De acuerdo con la teoría especial de la relatividad, nada puede desplazarse a una velocidad superior a la de la luz, así que nada escapará si la luz no consigue salir.

El resultado será un agujero negro: una región del espacio-tiempo de la que no es posible escapar. La frontera del agujero negro recibe el nombre de horizonte de sucesos. Corresponde a una onda luminosa de choque procedente de la estrella que no consigue partir al infinito y permanece detenida.

HORIZONTE DE SUCESOS

Un agujero negro es impredecible. En las zonas externas más cercanas a su borde, el material está a millones de grados y emite rayos X, rayos gamma y ondas de radio. Cuando un objeto cae, no lo hace ordenadamente, sino a chorros, como agua que cae de un grifo y se deshace.

Un agujero negro tiene lo que se llama un disco de acreción a su alrededor, que es un disco de material que gira a gran velocidad en torno a un centro extremadamente denso que poco a poco va cayendo hacia el agujero. Junto al disco de acreción, la frontera entre el agujero negro y el exterior se denomina horizonte de suceso. Todo material que lo rebase verá imposible retroceder.

En 2018, un equipo científco detectó las ondas gravitacionales que resultaron de la mayor colisión de agujeros negros jamás registrada. Foto: EFE

Imaginen a un atrevido explorador que llega con una nave espacial e intenta acercarse al agujero negro. El aventurero se va aproximando y siente gravedad, pero cuando llegara al horizonte de sucesos le sería imposible dar marcha atrás, porque esta es la distancia en la cual para escaparse necesitaría más velocidad que la luz y eso es inalcanzable. Es el punto de no retorno. Si una persona lograra cruzarlo, moriría. En realidad, no llegaría con vida al mismo horizonte, ya que la fuerza de gravedad, aparte de crear una atracción provoca una deformación. Lo que antes era una esfera, ahora se ha convertido en un delgado hilo. Si un humano se acercara a un agujero negro, lo deformaría en la dirección de la línea que lo une a él. Posiblemente sus piernas se alargarían y su cabeza iría por un lado diferente al cuerpo y se estiraría como un espagueti. Mucho antes de llegar al horizonte de sucesos ya habría fallecido.

AGUJEROS Y VIAJES INTERGALÁCTICOS

Según las teorías, existen agujeros de gusano que comunican dos regiones del espacio como si se tratara de un túnel. Los cuerpos que caen por un lado del agujero negro salen por el otro extremo. Como no se ha probado qué hay en el agujero negro, la fantasía entra a jugar sus cartas.

Hay soluciones matemáticas que predicen que se podría conectar un agujero negro con otro. Los detractores de esta teoría defienden que si alguien cayera en uno, llegaría hacia el centro de la singularidad, pero jamás atravesaría un agujero de gusano, porque salir por el otro extremo implicaría dar credibilidad a la existencia de un agujero blanco, que es una inversión del tiempo en un agujero negro. Se trata de un objeto de donde pueden salir cosas, pero nada puede caer en él. Esto significaría comprar un pasaporte a la lejanía sin posibilidad de regreso.

Una persona en este portal cósmico, o se quedaría atrapado o se transportaría a otra parte del universo ¿son fantasías frívolas o un hecho científico? Es fácil imaginar un servicio de metro en el cosmos. Un túnel que ofrece viajar 'rompiendo' las leyes del espacio y del tiempo. Al igual que el metro recorre una ciudad, un agujero de gusano conectaría diferentes puntos en el universo.

Los problemas prácticos son enormes. Los inconvenientes tecnológicos son mayores aún. Ni siquiera una civilización muy desarrollada tiene garantías de poder construir un agujero de gusano. ¿Por qué? Porque no son objetos astronómicamente normales, no hay modelos prácticos, el ser humano no tiene ni idea de lo que son. No es tanto un problema técnico, es ignorancia absoluta.

La primera imagen obtenida de un agujero negro. Foto: EFE

El 10 de abril del 2019 fue tomada la primera fotografía de un agujero negro, una extraordinaria hazaña científica lograda por un equipo de más de 200 investigadores, comprobando y desmintiendo teorías que llevaban más de medio siglo. Sheperd S. Doeleman, director del proyecto, declaró lo siguiente: “hemos logrado algo que, hace tan sólo una generación, parecía imposible. Los avances revolucionarios de la tecnología, las conexiones entre los mejores observatorios de ondas de radio del mundo y los innovadores algoritmos, todo esto junto, ha abierto una ventana totalmente nueva para el estudio de los agujeros negros y el horizonte de sucesos”.

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