De cómo un agujero negro nos ilumina

Antonio Salgado Borge: Viaje al centro de la galaxia

15/5/2022 · 01:30

Hace apenas 100 años pensábamos que la Vía Láctea era el universo completo. Actualmente conocemos que nuestra galaxia es una entre miles de millones que conforman la parte del universo que hemos podido observar.

A partir de esta semana, también conocemos a ciencia cierta que en el centro de nuestra galaxia yace un agujero negro. Y tenemos incluso imágenes impresionantes que muestran la apariencia de ese agujero.

Para apreciar la importancia de este anuncio, es necesario empezar reconociendo algunos aspectos de la naturaleza de los agujeros negros.

Desde que Albert Einstein anunció sus teorías de la gravedad a principios del siglo pasado sabemos que el espacio y el tiempo son una y la misma cosa.

También sabemos que aquello que ambos constituyen puede ser representado, aunque imperfectamente, como una suerte de ‘tela’ extendida y tesada en todos sus extremos.

Esta representación permite ver que un objeto colocado sobre la ‘tela’ hundirá el sitio donde están ubicado. Y que mientras más pesado sea objeto, más profundo será el hundimiento que genera.

De esta forma, el Sol hunde más la ‘tela’ del espacio-tiempo que la Tierra y ésta, a su vez, produce una hendidura mayor que aquella generada por la Luna.

Esto es importante, pues cuando algo se encuentra cerca de la hendidura provocada por un objeto dos opciones principales pueden materializarse.

La primera es que un objeto quede atrapado en la hendidura generada por otro. Por ejemplo, la Luna está atrapada por la gravedad de la Tierra. Literalmente, este satélite está ‘cayendo’ dentro de la hendidura provocada por nuestro planeta.

Si no lo notamos es porque esta caída resulta lentísima relativa a nuestra existencia, y porque se produce recorriendo círculos —de la misma forma en que el agua de un retrete es succionada cuando se jala la llave—.

Hay una segunda posibilidad que puede materializarse cuando un objeto se cruza con la hendidura generada por otro: que el segundo objeto sea desviado por la hendidura generada por el primero sin caer en ella.

Esto sucede cuando la velocidad de uno de los objetos es suficiente. La teoría de gravedad de Einstein fue probada empíricamente justo tomando como criterio esta posibilidad. Si la teoría era cierta, entonces la luz de estrellas ‘detrás’ del Sol tendría que pasar doblada por la hendidura provocada por nuestra estrella sin caer en ella. Sin embargo, la hendidura de alguna forma doblaría o desviaría la luz a su paso.

Poco después de la primera guerra mundial, A.S Eddington aprovechó un eclipse solar para registrar este fenómeno. Las emisiones luminosas de otras estrellas no ‘caen’ en la hendidura provocada por nuestro sol porque la velocidad de ‘escape’ de esa hendidura es inferior a la velocidad de la luz. Pero Eddington mostró que sí es afectada por ella.

Un agujero negro se produce cuando una estrella es tan pesada y ‘pequeña’ que hunde el espacio tiempo al extremo en que nada puede escapar de esa hendidura. En su punto central —conocido como singularidad—, la gravedad es infinita.

La hendidura de todo agujero negro tiene una zona tan pronunciada que sería necesario viajar más rápido que la velocidad de la luz, si se quiere evitar ser atrapado por ella. Pero nada viaja más velozmente que la luz. Entonces, nada que pase por esta zona, conocida como ‘Horizonte de Eventos’, puede escapar de su paso por ésta.

Como los seres humanos necesitamos de la luz para ver, y dado que hay hendiduras que succionan la luz, lo que hay dentro de esas hendiduras es literalmente invisible para nosotros. De ahí que éstas reciban el nombre de agujeros negros.

Este tipo de fenómeno fue predicho por las teorías de Albert Einstein. Pero desde 1783, más de 100 años antes, John Mitchel había predicho las consecuencias de objetos suficientemente pesados.

De lo anterior se sigue una pregunta obligada: ¿cómo podemos observar un agujero negro si éstos engullen la luz y los seres humanos necesitamos la luz para observarlos?

Existen al menos dos formas de hacer esto.

La primera es a través de la energía. Cuando un agujero negro engulle un objeto, este proceso libera una cantidad impresionante de energía. A su vez, esa energía ‘resplandece’ y afecta lo que rodea a esa hendidura.

La segunda es a partir del movimiento de otros objetos. Como hemos visto, un agujero negro tendría que atrapar con su gravedad lo que le rodea, incluidas estrellas y sistemas planetarios. Por ponerlo coloquialmente, un agujero negro tiene todo un ecosistema dándole vueltas y cayendo permanentemente a su interior.

Que una caída de esta especie ocurre en el centro de nuestra galaxia, era un hecho de sobra conocido. Lo que no se sabía a ciencia cierta hace apenas unos días es si la hendidura a la que todo cae era provocada por un agujero negro. De ahí el movimiento y forma de la Vía Láctea.

Ahora es claro que lo que hay en nuestra galaxia probablemente terminará succionado por su agujero negro. Gracias a nuevas tecnologías, incluidas lecturas de rayos x de alta calidad, fue posible evitar distintos obstáculos y, literalmente, registrar el fenómeno directamente en una fotografía.

La importancia de este registro en particular, y del estudio de los agujeros negros en general, no debe ser desestimada. Y es que, además de engullir en un sentido literal luz, estos fenómenos pueden devolvernos iluminación en otro sentido.

En primer lugar, los agujeros negros son parte clave en el universo. Estos fenómenos existen al menos desde hace mil millones de años después del Big Bang —es decir, hace 13 mil millones de años, aproximadamente—. Y es muy probable que la formación de galaxias no sea explicable sin éstos.

Además, en los agujeros negros tenemos el escenario perfecto para intentar entender mejor la gravedad, una de las fuerzas fundamentales del universo (recordemos que en el punto central de un agujero negro la gravedad es infinita).

Pero existen aspectos cruciales que aún no entendemos. Por ejemplo, si algo es engullido por un agujero negro, eso sería estirado al punto de volverlo prácticamente una línea.

De esta forma, si alguien fuera engullido por un agujero negro mientras está jugando futbol, la mitad superior de su cuerpo podría estar dentro de esa hendidura y la otra mitad todavía estaría sobre la cancha; literalmente, estaría en dos sitios al mismo tiempo.

Eventos como el anterior ponen de manifiesto una conocida incompatibilidad entre las dos mejores teorías con que contamos cuando se trata de explicar la realidad: las de Einstein, que explican el comportamiento de objetos a nivel macroscópico, y la mecánica cuántica, que explica a los de objetos en un nivel subatómico.

De acuerdo con la astrofísica Jane Levin, una forma de resolver esta tensión pasa por renunciar a la importancia de la ubicación en el espacio; es decir, en descartar que la ubicación en el espacio es fundamental y postular que es derivativa o emergente a partir del nivel cuántico.

Así, contrario a nuestras intuiciones, la esencia de un objeto no estaría localizada en un punto en el espacio, sino ‘esparcida’ en la estructura cuántica del universo —algo, también observado en el entrelazamiento de las partículas cuánticas—.

Sabemos que una persona atrapada dentro de la zona de no retorno de un agujero negro —el punto donde ya no hay forma posible de escapar su gravedad— experimentaría una inversión en su experiencia del espacio y el tiempo. Entonces la singularidad o punto más hondo de la hendidura se sentiría como un evento futuro y no como un punto en un trayecto.

También sabemos que una persona dentro de un agujero negro experimentaría el paso del tiempo mucho más lento que una segunda persona que observa a la primera desde fuera. Así, alguien cayendo en una de estas hendiduras vería pasar en segundos la historia de la humanidad. Y a alguien que desde el exterior del agujero negro ve caer a esa persona le parecería congelada en el tiempo.

Pero no sabemos qué pasará una vez que esa persona está dentro de la singularidad. ¿Terminará su estiramiento por arrancar en pedazos al cuerpo de esa persona? ¿Aparecería en distinta forma, en otro sitio? ¿Se combinarían las partículas de esa persona con la de otros objetos engullidos de tal forma que su cuerpo terminaría constituyendo la materia prima para otro universo?

Como suele suceder con la ciencia, son muchas más las preguntas que las respuestas. La buena noticia es que éstas y otras posibilidades son teorizadas y estudiadas por personas expertas, dedicadas y amantes del conocimiento.

Lo anunciado esta semana promete ser entonces un paso fundamental en este esfuerzo; una muestra clara de cómo, permitiéndonos entender mejor la naturaleza del universo y nuestro sitio en el mismo, los agujeros negros pueden devolvernos algo de la luz de la que se alimentan.— Edimburgo, Reino Unido.

asalgadoborge@gmail.com

Antonio Salgado Borge

@asalgadoborge

Doctor en Filosofía (Universidad de Edimburgo).

 

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