42 Agujeros negros

Caer en un agujero negro no sería muy agradable: sus miembros se partirían por la mitad y a sus amigos les parecería todo el rato que se congela en el tiempo mientras cae. En un principio se creyó que los agujeros negros eran estrellas congeladas, cuya velocidad de escape excede la de la luz, pero actualmente se consideran agujeros o «singularidades» en la hoja del espacio-tiempo de Einstein. No sólo imaginarios, los agujeros negros gigantes existen en el centro de las galaxias, incluida la nuestra, y otros más pequeños se encuentran diseminados por el espacio como fantasmas de estrellas muertas.

Si tiramos una pelota al aire, alcanza una cierta altura y luego vuelve a caer. Cuanto más rápido la lanzamos, más alto llega. Si la arrojamos lo bastante rápido podría escapar de la gravedad terrestre y dirigirse a toda velocidad hacia el espacio. La velocidad necesaria para lograr esto, llamada «velocidad de escape», es de 11 km/s (o sea, unos 40.000 km/hora). Un cohete necesita alcanzar esta velocidad si quiere despegar de la Tierra. La velocidad de escape es menor si se encuentra en la Luna, que es más pequeña: con 2,4 km/s es suficiente. Pero si se encuentra en un planeta con una masa mucho mayor, entonces la velocidad de escape aumenta. Si el planeta fuera lo bastante pesado, la velocidad de escape podría alcanzar o exceder la propia velocidad de la luz y aun así ni siquiera la luz podría escapar a su atracción gravitacional. Un objeto de estas características, tan masivo y denso que ni siquiera la luz puede escapar de él, es un agujero negro.

Horizonte de sucesos La idea del agujero negro fue desarrollada en el siglo XVIII por el geólogo John Michell y el matemático Pierre-Simon Laplace. Más adelante, después de que Einstein propusiera sus teorías de la relatividad, Karl Schwartzschild calculó cómo sería un agujero negro. En la teoría de la relatividad general de Einstein, el espacio y el tiempo están unidos, y ambos se comportan juntos como una enorme hoja de goma. La gravedad distorsiona la hoja de acuerdo con la masa de un objeto. Un planeta pesado descansa en una depresión del espacio-tiempo y su atracción gravitatoria es equivalente a la fuerza percibida al rodar hacia la depresión, tal vez curvando su trayectoria o incluso atrayéndolo hacia su órbita.

Entonces, ¿qué es un agujero negro? Es una fosa tan profunda y empinada que cualquier objeto que se aproxime a él lo suficiente caerá directamente en su interior y jamás podrá salir. Es un agujero en la hoja del espacio-tiempo, como una canasta de baloncesto.

Si pasamos lejos del agujero negro, nuestra trayectoria puede curvarse hacia él, aunque sin llegar a caer en su interior. Pero si pasamos demasiado cerca, caeremos en una espiral que nos arrojará a su interior. La misma suerte correrá un fotón de luz. La distancia crítica que delimita estos dos desenlaces se denomina «horizonte de sucesos». Cualquier cosa que se encuentre dentro del horizonte de sucesos caerá en picado en el agujero negro, incluyendo la luz.

Caer en un agujero negro ha sido descrito como convertirse en un espagueti. Como los laterales son tan empinados, en el interior del agujero negro existe un gradiente de gravedad muy fuerte. Si metiéramos primero un pie, cosa que esperamos jamás ocurra, entonces nuestros pies serían atraídos más que la cabeza, y por tanto nuestro cuerpo se estiraría como si estuviera en un potro de tortura. A eso hay que añadirle un movimiento giratorio cualquiera y seremos engullidos como un chicle en un plato de espaguetis. No es una forma agradable de irse. Algunos científicos se han preocupado tratando de proteger a alguna persona desgraciada que pudiera caer accidentalmente en un agujero negro. Parece ser que una forma de protegernos es ponernos un anillo salvavidas de plomo. Si el anillo fuera lo bastante pesado y denso, contrarrestaría el gradiente de la gravedad y preservaría a esa persona, y su vida.

Estrellas congeladas El término «agujero negro» fue acuñado en 1967 por John Wheeler como una alternativa más fácil de recordar para describir una estrella congelada. Las estrellas congeladas fueron predichas en la década de 1930 en las teorías de Einstein y Schwartzschild. A causa del extraño comportamiento del espacio y el tiempo cerca del horizonte de sucesos, la materia incandescente que caía en él parecía disminuir de velocidad como así sucede en realidad, debido a que las ondas lumínicas tardan cada vez más tiempo en alcanzar al observador. Cuando traspasa el horizonte de sucesos, este observador externo observa cómo el tiempo realmente se detiene de tal forma que el material parece congelarse en el momento de cruzar el horizonte. Por esta razón fueron predichas las estrellas congeladas, que se congelan justo en el instante de colapsarse en el horizonte de sucesos. El astrofísico Subrahmanyan Chandrasekhar predijo que las estrellas que tuvieran una masa superior a 1,4 veces la del Sol finalmente se colapsarían en un agujero negro; sin embargo, debido al principio de exclusión de Pauli (véase Capítulo 30) ahora sabemos que las enanas blancas y las estrellas de neutrones se sostienen solas por medio de la presión cuántica, de modo que los agujeros negros tienen que tener una masa tres veces superior a la masa solar para formarse. Las evidencias de las estrellas congeladas o agujeros negros no aparecieron hasta los años sesenta.

Si los agujeros negros succionan la luz, ¿cómo podemos verlos para detectar su presencia? Hay dos maneras. En primer lugar, se pueden observar debido a su forma de atraer a otros objetos hacia ellos. Y en segundo lugar, cuando el gas cae en su interior, se calienta y resplandece antes de desaparecer. El primer método se ha utilizado para identificar un agujero negro que acecha en el centro mismo de nuestra propia galaxia. Se ha observado que las estrellas que pasan cerca de él lo hacen a gran velocidad y que son despedidas hacia el exterior en órbitas alargadas. El agujero negro de la Vía Láctea tiene una masa de un millón de Soles, comprimida en una región de un radio de tan sólo 10 millones de kilómetros (30 segundos luz), aproximadamente. Los agujeros negros que se encuentran en las galaxias reciben el nombre de agujeros negros supermasivos. No sabemos cómo se forman, pero parecen afectar al modo en que las galaxias crecen, así que podrían llevar ahí desde el primer día o quizá haberse desarrollado a causa del colapso de millones de estrellas en un punto.

Agujeros de gusano ¿Qué hay en el fondo de un agujero negro en la hoja del espacio-tiempo? Supuestamente tienen un final puntiagudo o a lo mejor son auténticos agujeros, perforaciones en la hoja. Pero los teóricos se han preguntado qué sucedería si se unieran a otro agujero negro. Podemos imaginarnos dos agujeros negros cercanos como largos tubos que penden de la hoja del espacio-tiempo. Si los tubos se unen, cabe imaginar que se formará un tubo o agujero de gusano entre las dos bocas de cada agujero negro. Armado con su «salvavidas» podría lograr saltar en un agujero negro y salir por el otro. Esta idea ha sido muy utilizada en la ciencia ficción para el transporte por el tiempo y el espacio. El agujero de gusano podría conducir a un universo totalmente diferente. Las posibilidades de modificar el universo son infinitas, pero no olvide su anillo salvavidas.

Cronología:

1784 d. C.: Michell deduce la posible existencia de las «estrellas oscuras».

década de 1930 d. C.: Se predice la existencia de estrellas congeladas.

1965 d. C.: Se descubren los quásares.

1967 d. C.: Wheeler renombra a las estrellas congeladas como agujeros negros.

década de 1970 d. C.: Hawking propone que los agujeros negros se evaporan.

La idea en síntesis: trampas de luz