La historia de los agujeros negros habla sobre las
consecuencias inesperadas que surgieron al interpretar las leyes físicas de la gravitación. Hoy vamos a pensar un poco sobre una de las predicciones más asombrosas
hechas sobre el papel y confirmadas después con la experimentación.
Este es un
bonito ejemplo de cómo el pensamiento humano es capaz de arrancar a la
naturaleza secretos inimaginados antes de ser leídos en el
lenguaje matemático con el que, como dijo Galileo, ella se expresa.
Desde la teoría de la gravitación universal publicada por
Newton en 1686, están sentadas las ecuaciones físicas que sugieren la existencia
de estos cuerpos. Pero no fue hasta 1783 cuando a un párroco Británico, de nombre
John Michel se le ocurrió que podrían
existir cuerpos de los que ni si quiera la luz podría escapar. También
Laplace, de forma independiente en 1796 propone la existencia de estrellas
oscuras.
Ya en 1915, Albert Einstein amplía su teoría de la
relatividad para incluir los efectos de la gravedad
Otros protagonistas de
esta historia fueron Kart Schwartzschild, Chandrasekar, y más recientemente Stephen Hawking. Todos ellos contribuyeron con sus
descubrimientos a mejorar nuestro conocimiento de los agujeros negros, hasta el
punto de que hoy por hoy esta teoría se ajusta magníficamente a las observaciones y está ampliamente respaldada tanto
teórica como experimentalmente. (Fuera del punto central de los agujeros donde
las leyes conocidas de la física no pueden aplicarse)
UN PAR DE
CONCEPTOS QUE CUALQUIERA PUEDE ENTENDER
Muertes estelares
que llevan a la formación de agujeros negros
Las estrellas son candelas que iluminan el universo y
obtienen la energía de las reacciones nucleares que ocurren en su interior.
Mientras dura este proceso, existe en la estrella un equilibrio entre la
presión ejercida en su interior por las reacciones nucleares y la fuerza
gravitatoria ejercida por la propia masa de la estrella que tiende a concentrar toda su materia.
Pero cuando a la estrella se le acaba el combustible y el
horno de su interior se apaga, desaparece la presión que impedía que la materia
de la estrella se comprimiese por gravedad. Este es el momento que marca el comienzo de la
muerte de la estrella. Sin embargo, no
todas las estrellas van a tener la misma muerte: las más pequeñas lo harán de
forma más apacible (transformándose en enanas blancas o estrellas de neutrones)
y las más grandes más violentamente; de forma que aquellas cuya masa supere un
cierto valor crítico (Aprox. 2,3 veces la masa del sol) darán lugar a la
formación de un agujero negro.
Velocidad de escape, culpable de que los
agujeros negros sean invisibles
Para
entender que es un agujero negro, al menos básicamente, nos va a venir muy bien repasar este concepto de la
física clásica newtoniana.
Cualquier
objeto situado sobre la superficie de un astro, se siente atraído hacia él por
gravedad. Si queremos lanzar dicho objeto de forma que no vuelva a caer sobre
el astro en cuestión, debemos hacerlo con la velocidad suficiente para que pueda
escapar a su atracción gravitatoria y de esta forma acabará volando libre por
el espacio.
Como
es fácil imaginar cuanto mayor sea el astro, mayor será su gravedad y mayor será
también la velocidad de escape de un objeto lanzado desde su superficie.
Pongamos algunos ejemplos de velocidades de escape de objetos conocidos:
Tierra: ve = 11, 1 km/s =
39 960 km/h
Luna: ve = 2, 38 km/s = 8 568 km/h
Jupiter: ve = 59, 5 km/s = 214 200 km/h
Sol: ve =
600 km/s = 2 160 000 km/h
Einstein,
demostró que la velocidad de la luz, c, es la mayor velocidad que puede
alcanzarse en el universo.
Consecuencia inmediata: Si existe en el
universo un objeto con una densidad lo suficientemente alta para que sobre su
superficie la velocidad de escape sea igual a c, entonces nada podrá escapar de
él, ni siquiera la luz una vez que ha atravesado la frontera donde ese objeto
ejerce su influencia. A esa frontera se la conoce como horizonte de sucesos, y
es fácil entender porque a los objetos con estas características se les llama
agujeros negros.
El
radio de Schwarschild, es el radio crítico
para que un cuerpo de masa M se transforme en agujero negro. Por tanto, la
formación de un agujero negro depende de la densidad
y NO de la masa. Así pues,
para formar un agujero negro en el sol, este
debería tener un radio de 3km; y la tierra sería un agujero negro si
consiguiésemos comprimirla hasta convertirla en una canica de 9 mm
Estos
ejemplos nos pueden ayudar a hacernos una idea de la tremenda densidad de
materia que caracteriza a los AN
Pero, aunque
estas ideas nos acercan al entendimiento de los objetos más misteriosos del
universo, no olvidemos que para entenderlos en profundidad hace falta la relatividad general, la moderna teoría
de la gravedad desarrollada por Einstein (1915).
Entonces ¿cómo
podemos observarlos para comprobar que nuestra teoría es cierta?
Puesto que nada, ni siquiera la luz, escapa del horizonte de sucesos de un agujero
negro, estos no emiten materia o energía, de tal forma que son totalmente
oscuros.
Paradojicamente, un agujero negro puede ser uno de los
objetos más brillantes de todo el universo, pues la materia que devoran, es
acelerada de tal forma que en su caída hacia el agujero irradia ingentes
cantidades de energía hacia el espacio, y es esta energía la que nos permite
detectarlos mediante nuestros telescopios.
Además, la materia entorno al agujero se mueve en caída
hacia él.
Por tanto, tenemos dos pistas para detectar la presencia de
un agujero negro. La emisión y el movimiento de la materia que es
absorbida por el mismo.
Y ¿Qué ocurre en
el interior de un agujero negro?
Nada impide traspasar el horizonte sucesos, pero una vez
hecho no hay vuelta atrás.
Hemos dicho que para profundizar en el entendimiento de los
AN es necesaria la teoría de la relatividad general, que concibe el
espaciotiempo como un tejido que se curva por acción de los cuerpos con masa y,
cuanto más masa tenga un objeto, más curvatura provoca en el tejido
espaciotemporal. Esta idea de curvatura
permite entender los agujeros negros como puntos de curvatura infinita, a los
que llamamos singularidades. En una singularidad, nos encontramos en el límite
de aplicación de la física conocida donde, los conceptos espacio y tiempo dejan
de tener sentido.
Seguiremos ampliando la información sobre este tema, y hablaremos de los protagonistas que los descubrieron y de los objetos descubiertos que han sido ya confirmados como agujeros negros.
