agujeros negros

Hola otra vez, amigos virtuales de chernobil. Esta entrada la vamos a dedicar a la ciencia, concretamente un acercamiento a los confines del cosmos conocido. Ni somos científicos ni pretendemos serlo. El artículo está principalmente destinado a los que, como nosotros, sois humildes aficionad+s a las divagaciones cósmicas. Por ello pedimos disculpas por alguna posible incorrección y/o omisión involuntaria de datos. 

Einstein se equivocaba cuando dijo 'Dios no juega a los dados'.

Examinando los agujeros negros, sugieren, no sólo que Dios juega a los dados, sino que Él nos confunde a veces, lanzándolos allí donde no pueden verse

Stephen Hawking

Los agujeros negros son un tema fascinante por varios motivos, principalmente porque escapan a nuestras leyes físicas, formando parte, posiblemente, de una puerta a dimensiones desconocidas aún por descubrir. También por su invisibilidad, pues solo son detectables por los efectos que produce su influjo en todo aquello que les rodea. Se puede decir que son el único 'más allá' que tengamos la certeza de que existe y está ahí, sin dejar de estar por ahora, y parece que por mucho tiempo, fuera de nuestro alcance. Hace no demasiados años los agujeros negros eran una hípótesis sin demasiada credibilidad en la comunidad científica. Hoy, confirmada su existencia, aunque desde la distancia, estamos más cerca de comprender cómo se crean y por qué se genera la energía que los mantiene ahí. 

Podríamos definir un agujero negro como una zona finita del espacio-tiempo provocada por una concentración de masa de tal densidad que ninguna partícula, ni siquiera los fotones de luz, pueden escapar de su descomunal fuerza gravitacional. En su errante barrida puede absorber planetas, estrellas, incluso galaxias enteras, pero hoy se cree muy probable que también sean decisivos en la creación y formación de las mismas, lo que pone nuestro oscuro y enigmático protagonista en el punto de mira de futuras investigaciones. Simplificando, un agujero negro es el resultado de la gravedad llevada al extremo de lo posible, hasta el aplastamiento del último  átomo, lo que se viene a denominar gravedad absoluta.

Para entender un poco mejor esta definición hay que acudir a las Teorías de la Relatividad de Einstein, concretamente a la Relatividad General referente al campo gravitatorio, teoría expuesta entre los años 1915 y 1916 y fundamentada en varios principios que son 'equivalencia', 'aceleración' y 'gravedad', la noción de 'curvatura espacio-tiempo' y el principio de 'covariancia'. 

Tras ser aceptado su principio de equivalencia -relatividad en la percepción gravitacional- Einstein llegó a una conclusión decisiva: el tiempo se contrae como consecuencia de la presencia de un campo gravitatorio, lo que a su vez conlleva una contracción del espacio, dando lugar a una anomalía, una curva en el eje espacio-tiempo que abrirá un enorme abanico de nuevas hipótesis y revolucionará para siempre el devenir de la astronomía. En realidad esta definición, en la que no vamos a profundizar porque llevaría demasiado espacio y tiempo (ja, ja) es, obviamente, bastante incompleta. Vamos a poner un ejemplo para no marear la perdiz con conceptos que podrían acabar aburriendo a las moscas. 

einstein vs. newton

Antes de Einstein se aceptaban como correctas las teorías de Newton sobre inercia, gravedad y movimiento. Explicaremos su teoría con un sencillo ejemplo rescatado en la red. 

Un trasatlántico navega en paralelo a una playa a 30 km/h, y en su cubierta viajan un sujeto A, que pedalea en una bicicleta a 20 km/h y un sujeto B que observa, sentado, la trayectoria del sujeto A mientras circula. La percepción del sujeto B es que el sujeto A se aleja de él a una velocidad de 20 km/h, y la percepción del sujeto A es que el sujeto B está parado con respecto al barco. En la orilla hay un sujeto C observando al barco pasar, y para éste el ciclista no va a 20, sino a 50, pues hay que sumar la velocidad del barco (30 km/h) a la que lleva el ciclista. Lógicamente, según esta teoría de Newton, al sujeto B el sujeto C le ve a 30 km/h (esto es, la velocidad del barco). Hasta aquí más o menos claro, no?? Ahora interviene un sujeto D que se encuentra en la superficie solar. El sujeto D observa que el sujeto C (el que observa desde la orilla) se mueve a una gran velocidad equivalente a la de la rotación de la tierra en torno al sol y que los sujetos A y B se desplazan un poco más rápido. Conclusión: La velocidad de los cuerpos depende del observador. Sin embargo, para Newton el tiempo era absoluto e independiente de los cuerpos. Esto es, si todos los sujetos hubieran sincronizado los relojes antes de partir el barco, al fin del trayecto deberían seguir sincronizados. 

::el tiempo no es absoluto::

En este punto de la jugada Einstein entra en escena, afirmando y posteriormente demostrando que aunque el tiempo nos parezca absoluto, en realidad no lo es. El físico alemán vino a afirmar que la percepción del tiempo también depende del observador, dando al garete con lo que desde principios del siglo XVIII era dogma de fe entre la mayoría de estudiosos del espacio. Según la teoría de la Relatividad, y aplicando nuestro ejemplo a velocidades vertiginosas, próximas a la de la luz (velocidad máxima conocida), los relojes de los sujetos estarían desincronizados al fin del trayecto. El reloj del sujeto A estará retrasado con respecto al del sujeto B y así sucesivamente hasta el sujeto D. A nuestra insignificante escala humana la percepción de esta relatividad del tiempo es tan ínfima que podemos considerar la teoría newtoniana del tiempo absoluto como válida dentro de nuestros exiguos parámetros.

Otro ejemplo ya aplicado. Si viajáramos por el espacio, pongamos a 150.000 km/s y nos diéramos un rulo por el sistema solar durante un rato, no se.... ¿10 años? (tiempo medido por nosotros, dentro de la nave) nos percataríamos  a nuestro regreso de que en la tierra han pasado 11,54 años, lo que nos convierte en 1 año y medio más jóvenes que aquellos que se quedaron esperándonos. 

Una vez introducido el concepto de relatividad y demás, volvamos a los agujeros negros. La curvatura espacio temporal del agujero genera una 'singularidad' (llamada así para indicar que no se tiene ni pajolera idea de lo que realmente es o a qué leyes obedece) que conformaría el núcleo del mismo, el corazón palpitante de materia hiperconcentrada, que estaría cubierta por una superficie o zona cerrada denominada 'horizonte de sucesos', una suerte de frontera  espacio-temporal donde la fuerza gravitacional es tan poderosa que lo que suceda una vez sobrepasado este límite es irreversible, impredecible e invisible para un imaginario observador situado al otro lado de la línea. 

En un reportaje visto hace tiempo, a modo de analogía equiparable a una escala humana, comentaba un astrofísico que si comprimiéramos la tierra hasta dejarla del tamaño de una pelota de ping pong, ésta tendría la densidad de un agujero negro, esto es, el mismo peso y la misma gravedad que tenía antes de ser comprimida, pero en unos pocos centímetros de diámetro.

::horizonte de sucesos: un viaje sin retorno::

El horizonte de sucesos es una superficie imaginaria en la cual la velocidad de escape necesaria para alejarse del mismo tendría que ser superior (lo que hasta el momento, no se ha demostrado que pueda ser concebido) a la de la luz. La luz no vuelve reflejada al otro lado, esto es, no tiene la suficiente velocidad para repeler el campo gravitacional del horizonte. Esto también significa que no hay modo alguno de ver qué ocurre una vez dentro del horizonte de sucesos, ni tiene características externas visibles que nos permitan siquiera intuir en qué estado se encuentra la materia, hasta el colapso final en la matriz del agujero negro. 

Si, en un desliz, tropezáramos por el cosmos teniendo la mala suerte de caer en el campo gravitacional de un agujero negro, al atravesar el horizonte de sucesos no notaríamos nada, pues es una frontera imaginaria, no material y alejada del núcleo. Lo esencial de esta frontera es que sería un punto de no retorno, un viaje solo de ida, a partir del cual no puede ocurrir otro suceso que seguir cayendo hacia el interior... lo que finalmente ocurra es algo que se desconoce. Para los más escépticos y más realistas, la descomposición final de la materia; Para los más idealistas... ¿un pasaporte a otra dimensión, viajes hipergalácticos al estilo Asimov? Un símil a escala terresetre y con un desenlace bastante más previsible sería una canoa río abajo que, según se va acercando a un gran salto de agua y va aumentando la corriente, llegará a un punto en que, haga lo que haga, no podrá evitar que el empuje de ésta sea cada vez mayor, haciendo inútil cualquier intento por no caer al vacío. Desde el punto de vista de un observador que se encuentre en 'zona segura' fuera del horizonte de sucesos, seguiría pudiendo vernos caer cada vez más ralentizados, casi hasta el detenimiento, incluso después de que, supuestamente, ya nos hubiéramos desintegrado completamente, al encontrarse en una dimensión temporal menos contraída. Esto no deja de pertenecer al terreno de lo puramente teórico, pues nadie ha sobrepasado esa linea y si la sobrepasara, jamás volvería... ¿o sí? En cualquier caso, está todo o casi todo por descubrir en ese terreno.

Hasta donde llegaría la ralentización del tiempo en el bucle en que entra la materia una vez sobrepasado el horizonte es un enigma que también ha contribuido, entre otros aspectos sobrenaturales del fenómeno, a cientos de suposiciones y teorías, que van de lo razonable al delirio, sobre viajes en el tiempo, o la posibilidad de pasar a dimensiones desconocidas.

::¿de dónde vienen los agujeros negros?::

El origen de estas singularidades cósmicas fue planteado por Stephen Hawkin en ese bestseller de los 80 que casi todos teníamos y casi nadie hemos leído llamado Historia del Tiempo: del Big Bang a los Agujeros Negros. Tras la muerte o extinción total de su energía de una 'gigante roja' (estrella de enormes dimensiones) la fuerza gravitatoria comienza a ejercer fuerza sobre sí misma, en una especie de feedback originando una masa cada vez más concentrada en un volumen cada vez más menguante (esto es, convirtiéndose en una 'enana blanca'). Este proceso puede hacer que esta gravitación se 'retroalimente' hasta el colapso, originado por cada vez más fuerza y menos masa, que acaba convirtiendo a esta enana blanca en un agujero negro, una vez que la fuerza de la gravedad venza la batalla con la fisión nuclear de la estrella pugnando por sobrevivir, aplastando hasta su último átomo. En este momento se produce una Supernova, que da lugar al agujero negro y que despedirá en su brutal deflagración de bienvenida un brote de rayos gamma capaz de atravesar el universo a la velocidad de la luz, deslumbrando o desintegrando (según proximidad) lo que encuentre a su paso. Por la frecuencia de brotes de gamma localizados en exploraciones humanas (remotas y presenciales) de la galaxia en las últimas décadas se ha verificado que debe  haber muchos más agujeros negros de los que se imaginaba hasta el momento. De hecho va ganando peso la teoría de que la Vía Lactea, al igual que Andrómeda u otras galaxias observadas, podrían tener como centro gravitacional un agujero negro supermasivo (los de mayor tamaño, millones de veces más grandes que el sol). 

Según Hawkins, en el interior del campo de acción del agujero pierde validez el segundo principio de la termodinámica. Llamado de entropía, magnitud física que permite calcular la parte de energía no transformada en trabajo. En cristiano, viene a calcular las improbabilidades. Algo tiene alta entropía cuando un sistema tiene alta predisposición al azar o al desorden. Según el astrofísico una vez dentro del horizonte de sucesos el principio de entropía deja de ser un principio universal válido. Semejante fuerza gravitacional da paso a acontecimientos probablemente aleatorios, impredecible o insólitos.

::ciencia y ficción: agujeros de gusano::

Los agujeros de gusano son una especie de túnel cósmico, una hipotética característica del espacio-tiempo a través de la cual se puede tomar atajos de una dimensión a otra, esto es, dando por vez primera la categoría de lo siquiera planteable a la ancestral quimera de los viajes a través del tiempo. Se supone que tendría dos extremos interconectados por una garganta que acorta el desplazamiento y alteraría, deformando o comprimiendo profundamente ese tiempo que, igual que Newton, creíamos  absoluto. No obstante, no olvidemos que, hasta el momento, los agujeros de gusano son mera ciencia-ficción. 

El peculiar término lo acuñó el físico teórico norteamericano John Wheeler en 1957 por analogía con el siguiente caso. Imagine que el universo es la cáscara de una manzana, y un gusano viaja sobre su superficie. La distancia desde un lado de la manzana hasta el otro es igual a la mitad de la circunferencia de la manzana si el gusano permanece sobre la superficie de ésta. Pero si en vez de esto, cavara un agujero directamente a través de la manzana la distancia que tendría que recorrer sería considerablemente menor, recordando la afirmación que dice "la distancia más cercana entre dos puntos es una línea recta que los une a ambos".

El primer científico que advirtió de la existencia de algo parecido a eso que luego se llamó agujero de gusano fue Ludwing Flamm en 1916, cuya teoría estaba influenciada por la de la Cuarta Dimensión que estuvo en boga durante el siglo XIX. 

Actualmente está en boga la llamada Teoría de las Cuerdas, que admite la existencia de más de tres dimensiones espaciales, aunque las nuevas dimensiones estarían compactadas a escala subatómica, lo que todavía dejaría muy lejos la tan remota como apasionante idea de viajar en el tiempo más allá de los progresos con aceleradores de partículas y los avances en mecánica cuántica.

Es probable que los agujeros negros sean la clave para comprender el origen y el ocaso de nuestra galaxia. En cualquier caso, es seguro que moriremos sin saberlo.

(lou nático)