Agujeros negros

Al detectar ondas gravitacionales, ahora casi sabemos con certeza que existen los agujeros negros. Sin embargo, todavía no tenemos idea de lo que está sucediendo dentro de ellos. El agujero negro es parcialmente un agujero, es un pozo en el espacio-tiempo.

Observa lo inobservable

Desde que los agujeros negros han hecho su aparición permanente en el mundo de la física teórica, se ha intentado observar las huellas reales de su existencia.

El problema fundamental de este programa radica en la idea misma de lo que es un agujero negro: es un área del espacio-tiempo de la que no puede escapar ninguna señal física, ya sea en forma de partícula material o luz.

La naturaleza, por así decirlo, nos prohíbe observar directamente lo que está oculto más allá del límite estrictamente definido, definido como el horizonte de eventos.

Entonces nos vemos obligados a inferir sobre la existencia de estos objetos en base a lo que está sucediendo en su entorno. Dicha evidencia se puede dividir en dos grupos principales.

Primero, se puede buscar lugares en el Universo donde parece residir un objeto masivo, y los típicos agujeros negros estelares tienen masas varias docenas de veces la masa del Sol, pero donde no se puede observar ninguna estructura con técnicas astronómicas ordinarias.

En otras palabras, se buscarían los efectos gravitacionales de un agujero negro.

En segundo lugar, aunque la información sobre eventos dentro del horizonte de sucesos no puede “flotar” fuera de esta área, los procesos que suceden más allá del horizonte ya pueden ser normalmente observables.

En particular, la materia que cae sobre un agujero negro debería comportarse aproximadamente igual que la que cae sobre cualquier otro objeto de tamaño y masa similares.

Una configuración típica es el llamado disco de acreción: una estructura plana en forma de platillo dentro de la cual la masa “fluye” en trayectorias en espiral hacia el objeto central.

¿Pueden los agujeros negros tragarse el universo?

¿Dónde están los agujeros negros? Están esparcidos por todo el Universo.

Están ubicados en los centros de la mayoría de las galaxias, por lo que el agujero negro más cercano que conocemos, junto con su estrella compañera, está aproximadamente a 28.000 años luz de la Tierra.

También están más cerca, solo que cuando están solos es muy difícil verlos, porque no brillan.

Los agujeros negros siempre han generado fascinación. Pero, ¿de qué se trata la leyenda de que un agujero negro podría tragarse la tierra?

Diferenciamos entre dos tipos de agujeros negros, dependiendo de su tamaño. Los agujeros negros estelares pequeños son solo unas diez veces más pesados ​​que nuestro sol. Hay millones de ellos en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

El cuerpo celeste más cercano conocido de este género se encuentra a más de 1.000 años luz de la Tierra.

Así que no tenemos que preocuparnos de que la Tierra sea tragada por un agujero negro tan pequeño, porque incluso si nuestro sistema solar corriera directamente hacia un agujero negro de este tipo a la velocidad de la luz, aún se necesitarían más de 1.000 años para una colisión.

Sin embargo, golpear un cuerpo celeste tan pequeño con precisión y con la máxima velocidad posible a tal distancia es extremadamente improbable. El peligro que plantean los agujeros negros estelares de pequeño tamaño es mínimo.

La situación es diferente con el segundo género, los agujeros negros supermasivos, uno de los cuales fue fotografiado recientemente por los científicos por primera vez.

Conocemos bastante bien sus posiciones y movimientos. Por tanto, el riesgo es calculable. Se sabe que la galaxia más cercana a nosotros tiene un gran agujero negro, y que nuestra galaxia, junto con la Tierra, está en curso de colisión con esta vecina.

Para dejarlo claro: si uno acortara la vida de nuestro sistema solar a un día, ahora serían las nueve de la mañana; el Homo sapiens solo habría existido por un abrir y cerrar de ojos, y la colisión estaría prevista para las primeras horas de la noche.

Si se producirá o no una colisión con el agujero negro, que es solo una parte de esta galaxia, actualmente no se puede calcular con anticipación.

Pero incluso si sucediera, la humanidad ya no experimentaría eso de todos modos, pues se habría extinguido mucho antes por el calentamiento y la expansión del sol.

¿Qué sucede en un agujero negro?

¿Qué hay adentro de los agujeros negros? Espacio colapsado. Después de caer en un agujero negro, no puedes quedarte en un lugar, todo vuela hacia el centro, incluido el propio espacio. Los físicos lo comparan con una cascada.

La singularidad en el centro del agujero negro podría ser descrita como una “tierra de nadie” donde la materia se comprime de manera infinita, provocando la anulación de todos los conceptos de tiempo y espacio tal y como los conocemos.

Lo más curioso de todo esto es que esta tierra de nadie realmente no existe. La singularidad del centro del agujero negro tendría, entonces, que ser reemplazada por otro concepto. El problema es que no estamos seguros de qué podría realmente llenar su hueco. Exploremos algunas posibilidades:

Estrellas de planck

Puede ser que, en las profundidades del agujero negro, la materia no se presione hasta un punto infinitamente pequeño. En cambio, podría haber la configuración de materia más pequeña posible, la bolsa de volumen más pequeña posible.

Esto se llama estrella de Planck, y es una posibilidad teórica proporcionada por la gravedad cuántica de lazos, que en sí misma es una propuesta muy hipotética para crear una versión cuántica de la gravedad.

En el mundo del lazo de gravedad cuántica, el espacio y el tiempo están cuantificados: el universo que nos rodea está formado por pequeñas piezas discretas, pero a una escala tan increíblemente pequeña que nuestros movimientos parecen fluidos y continuos.

Esta masividad teórica del espacio-tiempo ofrece dos ventajas. Primero, el sueño de la mecánica cuántica lleva a una conclusión final al explicar la gravedad de forma natural.

En segundo lugar, evita la formación de singularidades dentro de los agujeros negros. A medida que la materia se compacta bajo el tremendo peso gravitacional de la estrella que colapsa, encuentra resistencia.

La discreción del espacio-tiempo evita que la materia alcance algo más corto que la longitud de Planck (aproximadamente 1,68 veces 10 ^ -35 metros, así que… pequeño).

Todo el material que alguna vez ha caído en un agujero negro se comprime en una bola, perfectamente microscópica, pero ciertamente no infinitamente pequeña.

Esta resistencia a la compresión continua finalmente obliga al material a colapsar (es decir, explotar), haciendo que los agujeros negros sean solo objetos temporales.

Pero debido a los efectos extremos de la dilatación del tiempo alrededor de los agujeros negros, se necesitan miles de millones o incluso billones de años para ver esto desde nuestra perspectiva en el universo exterior.

Gravastars

Otro intento de erradicar las singularidades, uno que no se basa en teorías no probadas de la gravedad cuántica, se conoce como gravastar.

La diferencia entre un agujero negro y gravastars es que, en lugar de una singularidad, las gravastars están llenas de energía oscura. La energía oscura es una sustancia que penetra en el espacio-tiempo y hace que se expanda hacia afuera.

Suena a ciencia ficción, pero es real: la energía oscura ahora está operando en un cosmos más grande, haciendo que todo nuestro universo se expanda más rápido.

Cuando la materia cae sobre la gravastar, en realidad no puede penetrar en el horizonte de sucesos (debido a toda la energía oscura en su interior) y, por lo tanto, simplemente cuelga en la superficie.

Pero más allá de esta superficie, las gravastars se ven y actúan como agujeros negros normales.

Las estrellas de Planck y gravastars pueden tener nombres muy exóticos, lo cual no quiere decir que podamos poner en tela de juicio o no tomarnos en serio su existencia.

Quién sabe si, a lo mejor, existe una explicación para las singularidades más simple y cercana a la realidad tal y como la conocemos que nos lleve a concebir una descripción más acertada de los agujeros negros en nuestro universo.

De hecho, la existencia de un punto único de densidad infinita es consecuencia de la idea de que los agujeros negros no presentan ni rotación ni carga, sino que son realidades estáticas en el universo.

La descripción de los agujeros negros como entidades giratorias que extienden su singularidad en forma de anillos los hace más interesantes y, según las investigaciones más recientes, más cercanos a la realidad.  

Según los cálculos matemáticos de la ley de la relatividad de Einstein, toda materia que atraviesa la singularidad de un agujero negro, lo hace entrando por un agujero de gusano y saliendo por un agujero blanco, que representaría el extremo opuesto de un agujero negro, y que la llevaría a una parte del universo totalmente nueva y por explorar.

Un desafío: el interior de los agujeros negros giratorios es catastróficamente inestable. Y está en línea con las mismas matemáticas que llevan a predecir cosas cuando se trata de viajar a un nuevo universo. El problema con los agujeros negros giratorios es que… bueno, lo hacen.

La increíble velocidad con la que gira la singularidad estirada del anillo de un agujero negro genera una fuerza centrífuga enorme. Sabemos que esta poderosa fuerza centrífuga actuaría como si fuera antigravedad, ya que, en vez de atraer la materia al centro del agujero negro, la empujarían hacia fuera.

Esto crea una línea de frontera dentro del agujero negro a la que llamamos horizonte interior del agujero. Dentro de los confines de esta línea, la radiación se siente fuertemente atraída por la extrema fuerza gravitacional del agujero.

Pero, al mismo tiempo, esta radiación también se ve empujada hacia en exterior por la antigravedad generada al acercarnos a la singularidad de los anillos del agujero. El punto de inflexión entre gravedad y antigravedad sería lo que hemos llamado el horizonte interior del agujero negro.

Cualquier materia que se acercase lo suficiente a este horizonte interior chocaría con un muro de radiación de magnitudes enormes; las consecuencias de esto son, a día de hoy, difíciles de explicar dentro de los parámetros de espacio y tiempo tal y como los entendemos.

La creación de un horizonte interior supondría el principio del fin para un agujero negro, ya que se autodestruiría inexorablemente.

Sin embargo, la existencia de agujeros negros giratorios en el universo es incuestionable. Para explicarlos, es necesario reevaluar el entramado matemático que utiliza la ciencia, ya que los modelos actuales son incapaces de resolver la paradoja del choque de fuerzas opuestas que anularían al agujero.

Entonces, ¿qué está pasando realmente en el interior de un agujero negro? Solo podemos confiar en el avance continuo de la investigación científica para algún día, tal vez no tan lejano, encontrar una respuesta satisfactoria que nos haga comprender un poco mejor el universo donde habitamos.