Agujeros Negros fascinantes, no monstruos ni devoradores del todo

Por Rolando Ísita Tornell*

Hace medio siglo un hoyo o agujero negro no significaba más que un pozo profundo y oscuro, o la entrada a alguna lóbrega cueva. Hoy es muy socorrida la perturbadora idea de que los agujeros negros son unos monumentales y exóticos monstruos espaciales que se engullen todo a su alrededor.

Lo cierto es que los agujeros negros comenzaron siendo sólo discusiones imaginarias de los experimentos matemáticos mentales de algunos físicos teóricos. Uno de ellos, John Wheeler, acuñó el término black hole para describir qué sucedería en campos gravitacionales enormes, durante una conferencia en Nueva York en 1967.

En términos sencillos, de acuerdo con la Agencia Espacial Norteamericana (NASA), un agujero negro es un sitio en el espacio donde la fuerza de gravedad atrae tanto que incluso la luz no puede escapar. Si pensamos que la luz se mueve a la velocidad exuberante de más de mil millones de kilómetros por hora, podemos imaginar la descomunal atracción gravitatoria de ese sitio.

Para escapar de la gravedad de la Tierra necesitamos alcanzar una velocidad de 40 mil 320 kilómetros por hora, ya es una velocidad muy grande para nosotros, y nuestra Tierra es apenas un puntito azul pálido en el Sistema Solar.

No obstante, no es el tamaño lo que ejerce la fuerza de gravedad, sino la masa, la cantidad de materia contenida en un objeto, un agujero negro puede ser grande o pequeño en su diámetro.

Los astrónomos pueden detectar los objetos del espacio con sus telescopios ópticos o de radio, más sus instrumentos adosados a los telescopios como espectrógrafos, fotómetros y demás, porque los objetos emiten o reflejan radiación, luz. Si la luz no puede escapar de estos exóticos objetos llamados hoyos negros, ¿cómo es entonces que saben de su existencia?

En efecto, no se les puede ver, pero los astrónomos son unos científicos muy astutos y creativos; no pueden ver los agujeros negros pero sí pueden analizar lo que sucede cerca y alrededor de ellos, sean estrellas, galaxias, polvo o gas cósmico, y con ello inferir qué demonios son estos objetos, cómo se forman, de qué están hechos y cómo se comportan.

Puede haber hoyos negros tan o más pequeños que un átomo, pero con la masa equivalente a la de una montaña. Otros agujeros negros son “estelares”, su masa puede ser de hasta 20 o más masas del Sol. En una galaxia como la nuestra, la Vía Láctea, puede haber muchos hoyos negros estelares.

Los hoyos negros de mayores dimensiones se les conoce como supermasivos, suelen tener una cantidad de materia hasta más de un millón de soles y, no obstante, ser de un diámetro equivalente al de la colonia La Moderna en Ensenada, de ahí que también se les llame “objetos compactos”.

Formación de los agujeros negros

En el centro de nuestra Vía Láctea habita un enorme hoyo negro, supermasivo, llamado Sagitario A, tiene una masa como de 4 millones de soles y los astrónomos han descubierto que en la mayoría de las galaxias grandes existe un agujero negro supermasivo en su núcleo.

Los agujeros negros se forman cuando una estrella muy grande de al menos 25 masas del Sol agota su combustible, baja su temperatura y cae sobre sí misma, colapsa y estalla; una parte de su material, el menos denso, es expulsado hacia el espacio y los materiales más pesados se concentran en su interior. A este fenómeno del colapso y estallido de una estrella se llama supernova, y sus remanentes o sus residuos desparramados por el espacio, son de una belleza y formas fascinantes.

Muchos objetos como nuestro Sol o la Tierra jamás serán hoyos negros, su gravedad no es suficiente para dominar las fuerzas atómicas y nucleares de sus interiores, que resisten la comprensión. Pero en objetos de masa muy grande, la gravedad finalmente gana.

La gravedad fue descrita y explicada por Isaac Newton en 1687, todos los objetos se atraen entre sí por la gravedad. Curiosamente es una de las fuerzas de la naturaleza más débiles que conocemos; la electricidad, el magnetismo, la presión son superiores. Aún así, la gravedad es la que da forma al Universo, su influencia abarca grandes distancias. Con la gravedad nos hemos podido explicar el movimiento de los planetas, la Luna, los satélites de los planetas; ¡con la gravedad salvamos a la tripulación del fallido Apolo 13, cuya nave estalló y quedó estropeada en dirección a la Luna.

En el primer lustro del siglo pasado, 1905, Albert Einstein, en su teoría de la relatividad predijo que el espacio y el tiempo son una sola entidad que puede ser modificada por la gravedad e inclusive puede desviar la luz, que viaja en línea recta. Pero lo suyo eran predicciones teóricas y ecuaciones muy elegantes, no sometía a experimentos sus teorías, su laboratorio eran papel y lápiz.

No fue sino hasta que en 1919, Arthur Eddington pudo comprobar las predicciones de Einstein durante un eclipse total de Sol, las estrellas del cúmulo Híades debieran estar ocultas tras el Sol, pero Eddington las pudo detectar contra la silueta del Sol, significando que la fuerza de gravedad de la masa del del Sol estaba doblando el espacio tiempo y la luz proveniente de las Híades, como esquivando al Sol, podía observarse.

Un tanto así y relacionados con la gravedad sucedió con los agujeros negros. Primero fueron delirios imaginarios, conjeturas, elucubraciones como los de John Michell y Pierre Simon Laplace en el siglo XVIII. No pensaban en agujeros negros precisamente, pero sí en cuerpos tan masivos que su fuerza de gravedad impediría que la luz escapara de ellos. Las especulaciones de Michell sentaron además las bases para muchas de las observaciones que hoy se hacen de los agujeros negros; propuso que esos objetos masivos invisibles podrían detectarse a través de sus efectos gravitacionales sobre los cuerpos visibles a sus alrededores.

Paradójicamente Einstein no creía en la existencia de los agujeros negros ni en las ondas  gravitacionales. En su interior el espacio se rompe y la información queda atrapada. Por eso don Alberto se resistía a dar por sentada su existencia; “es de sabios cometer errores”, dice el refrán.

Sin peligro en la Tierra

Como sucede hoy con la teoría de cuerdas o los universos múltiples, los agujeros negros fueron experimentos mentales y juegos matemáticos. Alrededor de los años 60 los físicos comenzaron a tomárselos en serio, al tiempo que los astrofísicos detectaban fuentes emisoras de altísimas energías en nuestra galaxia, a través de rayos X, a la vez que detectaban los cuásares, una suerte de galaxias muy lejanas que emiten unos chorros de energía bestial desde su núcleo.

Durante el último cuarto de siglo se han aportado muchísimas más evidencias de su existencia, incluso se sabe que en el centro de Vía Láctea habita un monumental agujero negro de cuatro millones de veces la masa del Sol. Y más recientemente se detectaron, por fin, las ondas gravitacionales -otrora ecuaciones y conjeturas teóricas- causadas por el colosal choque de dos agujeros negros.

Tal como describimos líneas antes, a los agujeros negros se les detecta por lo que sucede a sus alrededores. Por ejemplo, cuando una estrella orbita en las cercanías de un objeto de estos se produce una luz de alta energía, rayos X, o también se puede observar que desgarran a la estrella, se roban sus gases, formándose lo que los astrónomos llaman un disco de acreción que en una de sus orillas se observa una masa de gas que se precipita hacia algún punto, formando enormes espirales y calentándose más y mas a medida que se acerca al agujero negro.

Al parecer, los agujeros negros engullen todo a su alrededor, pero no. Tienen una zona que le llaman horizonte de eventos, el punto de no retorno de su atracción y ahí se cocinan manjares suculentos para los astrofísicos, ahí suceden cosas inimaginables con el espacio tiempo y lejos de entrar de lleno al hoyo, se desparrama por ese horizonte, además que unas partículas son atraídas por el objeto y sus antipartículas son expelidas a lo lejos, como cuando presionamos una cuchilla contra el esmeril salen lanzadas chispitas y otras giran sobre la rueda (no es igual, pero ilustra).

Si imaginariamente cayéramos en un agujero negro de dimensiones adecuadas para nuestro tamaño, en el horizonte de eventos recibiríamos un fuerte tirón y nos alargaríamos como espaguetis, pero nunca nos veríamos entrar, en nuestro reloj el tiempo pasaría más lento mientras nos acercamos al horizonte de eventos, pero al llegar a él todo quedaría en suspenso, detenido… jugarretas de la relatividad.

Los astrónomos calculan la masa del agujero negro observando y calculando la masa del material de su alrededor. Si fuera una estrella, no podemos ver el agujero pero la estrella sí, miden la velocidad de la estrella y el tamaño de su órbita. Hechas las mediciones, la ley de la gravedad nos dice exactamente cuál es la masa del agujero.

Si un agujero negro se engulle casi todo a su alrededor, podríamos pensar que engordará infinitamente y existirá por siempre. Pues no. Resulta que los agujeros negros se van evaporando, devolviéndole lentamente su energía al Universo. Stephen Hawking reveló este secreto en 1974. Las subpartículas atómicas y la luz se crean y se destruyen continuamente. La luz tiene pocas posibilidades de escapar antes de ser destruida. En el horizonte de eventos esto provoca un brillo y la energía transportada por ese resplandor disminuye la masa del agujero negro.

En la Tierra no corremos peligro alguno frente a un agujero negro, ellos no andan vagabundeando por el Universo buscando planetas para devorarlos. Nuestro Sol no será un agujero negro, no tiene suficiente masa, se colapsará hasta hacerse una enana blanca y el resto del material lo lanzará al espacio formando una nebulosa planetaria.

En el Instituto de Astronomía de la UNAM, en Ensenada, David Hiriart investiga los agujeros negros, fue Jefe del Observatorio Astronómico Nacional de San Pedro Mártir.

*Comunicación de la Ciencia UNAM-Ensenada.