Los agujeros negros

“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

¿Qué es un agujero negro?

Para entender lo que es un agujero negro empecemos por una estrella como el Sol. El Sol tiene un diámetro de 1.390.000 kilómetros y una masa 330.000 veces superior a la de la Tierra. Teniendo en cuenta esa masa y la distancia de la superficie al centro se demuestra que cualquier objeto colocado sobre la superficie del Sol estaría sometido a una atracción gravitatoria 28 veces superior a la gravedad terrestre en la superficie.

Una estrella corriente conserva su tamaño normal gracias al equilibrio entre una altísima temperatura central, que tiende a expandir la sustancia estelar, y la gigantesca atracción gravitatoria, que tiende a contraerla y estrujarla.

Si en un momento dado la temperatura interna desciende, la gravitación se hará dueña de la situación. La estrella comienza a contraerse y a lo largo de ese proceso la estructura atómica del interior se desintegra. En lugar de átomos habrá ahora electrones, protones y neutrones sueltos. La estrella sigue contrayéndose hasta el momento en que la repulsión mutua de los electrones contrarresta cualquier contracción ulterior. Para entender mejor como es esta contracción supongamos que toda la Tierra comienza a contraerse hasta alcanzar el tamaño de una pelota de golf. Esto tendría una gran concentración de masa en un volumen pequeño.

La estrella es ahora una «enana blanca». Si una estrella como el Sol sufriera este colapso que conduce al estado de enana blanca, toda su masa quedaría reducida a una esfera de unos 16.000 kilómetros de diámetro, y su gravedad superficial (con la misma masa pero a una distancia mucho menor del centro) sería 210.000 veces superior a la de la Tierra.

En determinadas condiciones la atracción gravitatoria se hace demasiado fuerte para ser contrarrestada por la repulsión electrónica. La estrella se contrae de nuevo, obligando a los electrones y protones a combinarse para formar neutrones y forzando también a estos últimos a apelotonarse en estrecho contacto. La estructura neutrónica contrarresta entonces cualquier ulterior contracción y lo que tenemos es una «estrella de neutrones», que podría albergar toda la masa de nuestro sol en una esfera de sólo 16 kilómetros de diámetro. La gravedad superficial sería 210.000.000.000 veces superior a la que tenemos en la Tierra.

En ciertas condiciones, la gravitación puede superar incluso la resistencia de la estructura neutrónica. En ese caso ya no hay nada que pueda oponerse al colapso. La estrella puede contraerse hasta un volumen cero y la gravedad superficial aumentar hacia el infinito.

Según la teoría de la relatividad, la luz emitida por una estrella pierde algo de su energía al avanzar contra el campo gravitatorio de la estrella. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es la pérdida de energía, lo cual ha sido comprobado experimentalmente en el espacio y en el laboratorio.

La luz emitida por una estrella ordinaria como el Sol pierde muy poca energía. La emitida por una enana blanca, algo más; y la emitida por una estrella de neutrones aún más. A lo largo del proceso de colapso de la estrella de neutrones llega un momento en que la luz que emana de la superficie pierde toda su energía y no puede escapar.

Un objeto sometido a una compresión mayor que la de las estrellas de neutrones tendría un campo gravitatorio tan intenso, que cualquier cosa que se aproximara a él quedaría atrapada y no podría volver a salir. Es como si el objeto atrapado hubiera caído en un agujero infinitamente hondo y no cesase nunca de caer. Y como ni siquiera la luz puede escapar, el objeto comprimido será negro. Literalmente, un «agujero negro».

Llegado a este punto, ¿cómo podemos saber de la existencia de los agujeros negros si no lo podemos observar? De la misma forma que cuando vemos las huellas de pisadas de un hombre en el bosque. No hemos visto al hombre pero sabemos que existe porque podemos ver lo que dejo al pasar por ahí.

La teoría de Albert Einstein de la relatividad general propone que los objetos más densos y masivos concebibles, por ejemplo los agujeros negros, tienen gravedad y ésta es más fuerte que nada: ni la luz puede escapar a su poder de atracción. Pero si la luz que "traga" un agujero no es emitida, ¿cómo los detectamos?

El buscar un agujero negro tal y como decía Hawking sería un poco como "buscar un gato negro en un sótano del carbón".

A continuación se explican 4 maneras con las cuales se pueden detectar (y se han detectado) agujeros negros:

1) Cuando una estrella se colapsa y se transforma en un agujero negro, la fuerza de su campo gravitacional todavía sigue siendo igual a la que había sido antes del colpaso gravitatorio. Por lo tanto los planetas en órbita no estarían afectados. Los planetas continuarían en sus órbitas como de costumbre y no serían "tragados" dentro del agujero negro. Como los agujeros negros no emiten luz alguna, los planetas aparecerían orbitando en torno a "nada". Hay razón para creer que los planetas podrían estar orbitando alrededor de una estrella que es demasiado débil para ser vista, pero existe la misma posibilidad de que un agujero negro sea también el centro de ese sistema.

2) Como la gravedad de un agujero negro es tan intensa, las partículas de polvo de las estrellas y de las nubes próximas "caen" hacia el agujero. Como las partículas de polvo se mueven cada vez más deprisa y a temperaturas mayores, emiten rayos X. Los objetos que emiten rayos X se pueden detectar por los telescopios creados para tal (radiotelescopios) que se encuentran fuera de la atmósfera terrestre.

3) Los agujeros negros se pueden detectar también con una técnica llamada "gravity lensing" (gravedad lenticular). Este efecto ocurre cuando un objeto masivo, en este caso un agujero negro, pasa entre una estrella y la tierra. El agujero negro actúa como lente cuando su gravedad dobla los rayos de luz de la estrella y los centra de nuevo en la tierra. Desde el punto de vista de un observador en la tierra, la estrella aparecería más brillante. La teoría general de la relatividad de Einstein sugiere que la luz puede seguir un camino "doblado" de espacio y tiempo, que en este caso, es "doblado" por la gravedad del agujero negro.

4) Otra forma de detectarlos es midiendo cuánta masa se encuentra en una cierta región del espacio. Los agujeros negros tienen grandes masas oscuras concentradas en espacios relativamente pequeños. Si una región tiene grandes cantidades de esta masa oscura, se puede sospechar la presencia de un agujero negro.

Uno de los supermasivos agujeros negros de mayor masa que se conocen se localiza en la galaxia elíptica gigante NGC 4889, ¡con una masa de 21.000 millones de soles! Esta galaxia de 300.000 años luz de extensión (tres veces mayor que la nuestra), está enclavada en el centro de un subcúmulo de galaxias, una parte del cúmulo de galaxias de Coma, y está engullendo otras galaxias mayores, además de atraer a otro subcúmulo de galaxias de Coma. La masa del agujero negro de esta galaxia es una quinta parte del total de la masa de la Vía Láctea.

Nadie sabe con certeza mucho sobre agujeros negros. Puede que en el futuro sea un  tema de gran actualidad, pero por ahora solo podemos observar y fascinarnos con las imagenes de esta “aspiradora espacial” que destruye todo lo que se encuentra a su paso.