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Guía de agujeros negros para terrícolas

Engullen todo lo que pasa muy cerca, muy despacio o lo que es demasiado pequeño para resistir su fuerza de gravedad, incluso la luz

Viernes 19 de febrero de 2016 • 18:02
Brillantes destellos cerca del horizonte de un agujero negro supermasivo, en el centro de la Vía Láctea
Brillantes destellos cerca del horizonte de un agujero negro supermasivo, en el centro de la Vía Láctea. Foto: Archivo / NYT
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Terrícolas, sean bienvenidos a un lugar del que no regresarán: una región en el espacio donde la fuerza de gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz se le escapa. Eso es un agujero negro.

Hace unos días un equipo de científicos estadounidenses del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales anunciaron que habían captado las ondas producidas por el choque de dos agujeros negros, es decir, que las ondas gravitacionales que Albert Einstein predijo en 1915 existen y producen este sonido.

Es normal que se sientan perdidos. Incluso Einstein, cuya teoría de la relatividad general hizo posible concebir los agujeros negros, pensó que el concepto era demasiado extraño como para que fuese real. Pero Einstein estaba equivocado y aquí están ustedes.

No deberían estar aquí. Con toda seguridad los arrastrará hacia su centro. Pero no teman, estimados terrícolas, es solo su mente atrapada en pensamientos. A su cerebro le ha tomado millones de años llegar aquí. Así que vamos a comenzar.

Un agujero negro es una bestia hambrienta

Engulle todo lo que pasa muy cerca, muy despacio o lo que es demasiado pequeño para resistir su fuerza de gravedad, incluso la luz. Con cada planeta, gas, estrella o porción de masa que consume, el agujero negro crece.

El Telescopio Espacial Hubble capturó una explosión de alta energía, posiblemente era un agujero negro alimentándose en el centro de una galaxia
El Telescopio Espacial Hubble capturó una explosión de alta energía, posiblemente era un agujero negro alimentándose en el centro de una galaxia. Foto: Archivo / NYT

En el borde del agujero negro, que se conoce como horizonte de sucesos, se encuentra el punto de no retorno. Aléjense del horizonte de sucesos porque ahí es donde el agujero absorbe la luz. Y no hay nada más rápido que la luz, en ese borde todo entra al agujero negro.

Casi todo lo que sabemos sobre cómo funciona el universo depende del agujero negro

O alguien está en un error o tenemos que admitir que los terrícolas aún no estamos preparados para entender el universo. La paradoja del muro de fuego pone en duda las teorías más definitivas de la ciencia. Ya sean las ideas de Albert Einstein, Joseph Polchinski, Stephen Hawking o cualquier otro, todo lo que sabemos sobre el universo podría cambiar si pudiéramos saber con certeza qué pasa con la información en el interior de un agujero negro.

Si cayeran en un agujero negro, no se sabe con certeza cómo morirían

¿Acaso la gravedad los rompería y aplastaría en el núcleo del agujero negro? ¿O un muro de fuego de energía los haría crepitar hacia el olvido? ¿Alguna parte de su esencia podría salir de un agujero negro? En marzo de 2012, los primeros en preguntarse cómo moriríamos en el interior de un agujero negro fueron un grupo de teóricos entre los que se encuentran Donald Marolf, Ahmed Almheiri, James Sully y Joseph Polchinski; tal vez esta pregunta sea el mayor debate de la física actual. Se conoce como la paradoja del muro de fuego.

Con base en las matemáticas de la teoría de la relatividad que Einstein publicó en 1915, ustedes lograrían atravesar ilesos el horizonte de sucesos, pero después la fuerza de gravedad los estirará hasta convertirlos en un espagueti y finalmente serían aplastados en la singularidad, el centro infinitamente denso del agujero negro.

Pero Polchinski y su equipo compararon lo que dijo Einstein con la teoría cuántica, que postula que el horizonte de sucesos se convertiría en un abrasador muro de fuego que reduciría su cuerpo a cenizas.

Olvídense de ambas teorías, dijo el físico Stephen Hawking en enero de 2014. Los agujeros negros no son lo que creíamos. No hay un horizonte de sucesos ni tampoco singularidad. Solo son distintos. Según Hawking, en el borde de un agujero negro, la cuarta dimensión conocida como el espacio-tiempo fluctúa como el clima, lo que imposibilita que se genere el muro de fuego. En cambio, el "horizonte aparente" de Hawking sería como un purgatorio para los rayos de luz que intentan escapar del agujero negro porque se disuelven lentamente hacia el interior, pero nunca son absorbidos completamente por la singularidad. El horizonte de sucesos, dice Hawking, se queda igual o incluso se encoge a medida que un agujero pierde energía. Suspendidos en la zona aparente, serían lanzados hacia el cosmos como la "radiación de Hawking".

Los agujeros negros pueden cantar

En 2003, un equipo internacional liderado por el astrónomo de rayos X, Andrew Fabian, descubrió la nota más larga, antigua y baja del universo: el canto de un agujero negro, con ayuda de Chandra, el Observatorio de Rayos X de la NASA. Si bien es demasiado baja y profunda para que los humanos podamos escucharla, la nota es si bemol pero 57 octavas menor que la do central y apareció como ondas de sonido que se alejan de sucesos explosivos en el borde de un agujero negro supermasivo en la galaxia NGC 1275.

Las notas se quedaron en la galaxia y nunca llegaron a nosotros, pero igual no las habríamos escuchado. La nota más baja que puede percibir el oído humano tiene un periodo de oscilación de una vigésima de segundo. El periodo de esta nota si bemol era de 10 millones de años. Los "cantos" de los agujeros negros pueden significar una tasa menor de nacimiento de estrellas en el universo. En conjuntos de galaxias como Perseo, el hogar de la galaxia NGC 1275, se piensa que la energía que contienen estas notas mantiene los gases tan calientes que se condensan en forma de estrellas.

Los agujeros negros pueden controlar el tamaño de una galaxia

Tocar música que mantiene a los conjuntos intergalácticos demasiado calientes para convertirse en estrellas no es la única forma en la que los agujeros negros ayudan a administrar galaxias.

Los astrónomos piensan que la energía que se forma cuando las masas galácticas giran y aumentan su temperatura, cerca de un agujero, se proyecta en haces de rayos X que alimentan quásares, agujeros negros supermasivos que consumen gas vigorosamente en el centro de galaxias distantes.

Los astrónomos tienen pruebas de que hay agujeros negros en casi todas las galaxias del universo

Aunque ninguno está tan cerca de la Tierra como para arrastrar al planeta hacia sus profundidades, existen tantos agujeros negros en el universo que sería imposible contarlos. Casi cada galaxia -nuestra Vía Láctea, así como las otras casi 100.000 millones de galaxias visibles desde la Tierra- muestran signos de la existencia de agujeros negros.

De los miles de millones de estrellas en la Vía Láctea, alrededor de una en cada mil nuevas estrellas tiene la masa suficiente para convertirse en un agujero negro. Nuestro sol no es un ejemplo pero sí podría sucederle a una estrella 25 veces más pesada. Los agujeros negros de masa estelar nacen de la muerte de estas estrellas y pueden existir en cualquier parte de la galaxia.

Los agujeros supermasivos -con una masa de un millón a mil millones de veces mayor que la de nuestro sol- solo existen en el centro de una galaxia. En el centro de la Vía Láctea, a 26.000 años luz de la Tierra, los científicos esperan obtener una imagen de Sagitario A*, el cual se cree que es el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia con una masa cuatro millones de veces superior a la del Sol. Aún es un misterio cómo se forman los agujeros negros supermasivos.

Los agujeros negros son cementerios de estrellas

No era una bomba nuclear ni tampoco era terrestre. El 2 de julio de 1967, una red de satélites grabó una explosión de rayos gama que provenía del espacio exterior. En retrospectiva, este fue uno de los primeros indicadores de que los agujeros negros eran reales. En la actualidad los científicos creen que la explosión de rayos gama es el último aliento de una estrella moribunda y el nacimiento de un agujero negro estelar masivo.

La espectacular transformación comienza cuando una estrella se queda sin combustible para encenderse. A medida que comienza a colapsar, explota. Las capas externas de la estrella salen disparadas hacia el espacio, pero el interior implosiona, haciéndose cada vez más denso, hasta que hay demasiada materia en muy poco espacio. El núcleo sucumbe ante su propia fuerza de gravedad por lo que colapsa y, en casos extremos, crea un agujero negro.

En teoría, si condensamos masa en una cierta cantidad de espacio, esta podría convertirse en un agujero negro. Nuestra Tierra podría ser uno si la compactáramos hasta que fuera del tamaño de un chícharo.

'Un agujero negro no tiene pelo'

El 28 de marzo de 2011, los astrónomos detectaron una enorme explosión de rayos gama que salía del centro de una galaxia a 4000 millones de años luz. Esta fue la primera vez que se observó lo que podría haber sido un agujero negro inactivo que se comía una estrella.

Sin importar de qué se alimente un agujero negro -una estrella, un animal, un iPhone o la maestra de gramática- siempre sucede lo mismo. Como lo explicó el físico John Archibald Wheeler: "Un agujero negro no tiene pelo"; eso quiere decir que un agujero negro solo recuerda la masa, la rotación y la carga eléctrica de su cena.

Entre más come, más crece. En 2011, los científicos descubrieron el agujero negro más grande hasta entonces, a más de 300 millones de años luz. Pesa lo suficiente para haberse comido hasta 21.000 millones de soles. Los científicos quieren saber si los agujeros negros más grandes son el resultado de dos agujeros que se fusionaron o de un agujero negro que come mucho. Hasta ahora no se sabe cómo es que crecieron tanto.

Para encontrar la oscuridad, sigue la luz

Debido a que la luz no puede escapar de un agujero negro, es imposible ver lo que hay en su interior. Es difícil obtener una imagen del borde de un agujero negro, y capturar una "fotografía" clara es todo un acontecimiento. De hecho, nunca se ha hecho.

Los científicos sospechan que están ante un agujero negro cuando sus instrumentos detectan ondas de radio de alta energía, como las que puede producir una estrella que colapsa, una explosión de rayos gama, una supernova o la energía que puede liberar un objeto antes de llegar al horizonte de sucesos de un agujero negro. Por lo general, si hay una gran cantidad de energía con un núcleo masivo en el centro de una galaxia, se cree que el núcleo podría ser un agujero negro.

El Telescopio del Horizonte de Sucesos que Sheperd Doeleman y sus colegas usaron para tratar de fotografiar a Sagitario A* y M87 -otro agujero negro-, contó con un equipo de más de 100 científicos en tres continentes y un cristal muy importante para calibrar relojes atómicos. Los científicos agruparon siete telescopios en la cima de seis montañas, sincronizaron el tiempo, apuntaron sus discos hacia el cielo y esperaron. Por primera vez en la historia es probable que los científicos hayan visto una imagen aproximada del horizonte de sucesos de un agujero negro.

Un agujero negro no es para siempre

A medida que la radiación de Hawking se filtra hacia el universo, los efectos cuánticos sugieren que un agujero negro se evaporará con el tiempo. Podría tomar muchas veces la edad del universo para que un agujero se evapore por completo.

En un principio, Hawking (al igual que Einstein) no creía en su propia teoría. Pero los números no mentían. Los físicos ahora consideran que su resultado es la columna vertebral de cualquier teoría futura que logre unir la gravedad y la teoría cuántica.

Un imán gigante no destruirá el planeta

Antes de que la Organización Europea para la Investigación Nuclear encendiera el Gran Colisionador de Hadrones en 2008, a sus detractores les preocupó que hacer chocar protones en un anillo de 27 kilómetros de circunferencia en el subsuelo generara un agujero negro que se tragaría la Tierra.

Esos mismos críticos se hicieron eco de reclamos apocalípticos sobre el Acelerador Relativista de Iones Pesados del Laboratorio Nacional de Brookhaven que los científicos del mismo centro habían desmentido cerca de 10 años antes. De acuerdo con los cálculos de los críticos, los rayos cósmicos de energía ultralta ya habían penetrado la atmósfera de la Tierra, y predecían que aparecerían alrededor de 100 pequeños agujeros negros en la Tierra al año. Si los agujeros negros diminutos fueran problema, la Tierra ya se habría colapsado en el infinito.

Sin embargo, en junio de 2008, una revisión de seguridad determinó que el Gran Colisionador de Hadrones era seguro. Los experimentos comenzaron, se descubrió el bosón de Higgs y la Tierra sobrevivió después de todo eso. En la búsqueda de las partículas más pequeñas del universo, los agujeros negros miniatura que los científicos podrían crear en tubos contenidos en el subsuelo, les permitirían observar la relatividad general y la mecánica cuántica en acción, y podrían dar paso a la solución de la paradoja del muro de fuego.

Texto The New York Times

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