Nuestro interés por los agujeros negros sigue creciendo a medida que aumenta nuestro conocimiento de estos cuerpos celestes. La noticia más reciente es el descubrimiento de un raro agujero negro de «masa intermedia», un recién llegado a la familia de los agujeros negros.
Ya sabíamos que algunos agujeros negros tienen apenas unas pocas veces la masa de nuestro Sol, mientras que otros son más de mil millones de veces más masivos. Sin embargo, otros con masas intermedias, como el descubierto recientemente en el cúmulo estelar 47 Tucanae, cuya masa equivale a 2.200 veces la del Sol, son sorprendentemente difíciles de encontrar.
Entonces, ¿qué tienen los agujeros negros, esas prisiones gravitatorias que atrapan todo lo que se les acerca demasiado, que cautiva la imaginación de personas de todas las edades y profesiones?
«Estrellas oscuras»
Ya en 1783, en el marco de la dinámica newtoniana, el filósofo y matemático inglés John Michell propuso el concepto de «estrellas oscuras», con una densidad suficientemente alta como para que ni siquiera la luz pudiera escapar de su atracción gravitatorialo había planteado el filósofo y matemático inglés John Michell.
Poco después de que Albert Einstein presentara su teoría de la relatividad general en 1915, que sustituyó la descripción del universo de Newton y reveló la estrecha relación entre el espacio y el tiempo, el alemán Karl Schwarzschild y el neerlandés Johannes Droste dedujeron de manera independiente las nuevas ecuaciones para una masa esférica o puntual.
Aunque por entonces el asunto seguía siendo una curiosidad matemática, durante el siguiente cuarto de siglo los físicos nucleares comprendieron que las estrellas con suficiente masa colapsarían bajo su propio peso y se convertirían en los agujeros negros cuya existencia se había teorizado.
Con el tiempo, los astrónomos confirmaron su existencia mediante potentes telescopios y, más recientemente, se descubrió que la colisión de agujeros negros era el origen de las ondas gravitacionales detectadas con los instrumentos LIGO en Estados Unidos.
Un objeto denso
La densidad de estos objetos es pasmosa. Si nuestro Sol se convirtiera en un agujero negro, tendría que colapsar: su diámetro actual de 1,4 millones de km se reduciría a menos de 6 km. Su densidad media dentro de este «radio de Schwarzschild» sería de casi 20.000 millones de toneladas por centímetro cúbico.
La fuerza de la gravedad aumenta de forma espectacular a medida que uno se acerca a un agujero negro.
En la Tierra, la fuerza gravitatoria que te mantiene sobre la superficie es más o menos la misma en los pies que en la cabeza, que está un poco más lejos del planeta.
Pero cerca de algunos agujeros negros, la diferencia entre la fuerza gravitatoria que actúa sobre la cabeza y la que actúa sobre los pies es tan grande que te haría pedazos y te estiraría hasta el nivel atómico, en un proceso llamado espaguetización.
En 1958, el físico estadounidense David Finkelstein fue el primero en comprender la verdadera naturaleza de lo que hoy se conoce como el «horizonte de sucesos» de un agujero negro. Describió este límite alrededor de un agujero negro como una membrana unidireccional perfecta.
Es una superficie intangible que delimita una esfera sin retorno. Una vez dentro de ella, la atracción gravitatoria del agujero negro es demasiado intensa para escapar, incluso para la luz.
En 1963, el matemático neozelandés Roy Kerr resolvió las ecuaciones para los agujeros negros en rotación, más realistas. Estas dieron lugar a curvas temporales cerradas que permitían desplazarse hacia atrás en el tiempo.
Aunque estas extrañas soluciones a las ecuaciones de la relatividad general aparecieron por primera vez en un trabajo de 1949 del lógico austroestadounidense Kurt Gödel, suele pensarse que deben de ser un artefacto matemático que aún no se ha logrado explicar.
Agujeros negros y blancos
En 1964, dos estadounidenses, la escritora Ann Ewing y el físico teórico John Wheeler, acuñaron el término «agujero negro». Al año siguiente, en 1965, el astrofísico teórico ruso Igor Novikov acuñó el término «agujero blanco» para describir el hipotético opuesto de un agujero negro.
La idea era que, si la materia cae en un agujero negro, quizá salga despedida a nuestro universo desde un agujero blanco.
Esta idea se basa en parte en el concepto matemático conocido como puente de Einstein-Rosen. Descubierto (matemáticamente) en 1916 por el físico austríaco Ludwig Flamm y retomado en 1935 por Einstein y el físico estadounidense-israelí Nathan Rosen, Wheeler lo denominó más tarde «agujero de gusano».
En 1962, Wheeler y el físico estadounidense Robert Fuller explicaron por qué esos agujeros de gusano serían inestables incluso para transportar un solo fotón a través del mismo universo.
Realidad y ficción
No sorprende que la idea de entrar por un portal (un agujero negro) y volver a aparecer en otro lugar del universo —en el espacio o en el tiempo, o en ambos— haya inspirado incontables historias de ciencia ficción, entre ellas Doctor Who, Stargate, Fringe, Farscape y Black Hole de Disney.
Las producciones actuales pueden limitarse a afirmar que sus personajes viajan a un universo distinto o paralelo al nuestro. Aunque parezca matemáticamente posible, por supuesto no hay pruebas físicas que respalden la existencia de tales universos.
Pero eso no significa que viajar en el tiempo, al menos en cierto sentido limitado, no sea real. Al desplazarse a gran velocidad o, quizá, al caer en un agujero negro, el paso del tiempo se ralentiza con respecto al que experimentan los observadores inmóviles.
Los relojes que se han transportado rápidamente alrededor del mundo lo han demostrado: registran desfases temporales acordes con la teoría de la relatividad especial de Einstein.
La película de 2014 Interstellar aprovechó este efecto alrededor de un agujero negro y creó así para el astronauta Cooper (interpretado por Matthew McConaughey) la sensación de viajar hacia el futuro.
A pesar de su nombre curiosamente entrañable, la expresión «agujero negro» quizá resulte algo engañosa. Sugiere un agujero en el espacio-tiempo por el que cae la materia, en lugar de materia que cae sobre un objeto increíblemente denso.
Lo que existe realmente dentro del horizonte de sucesos de un agujero negro es objeto de un intenso debate. Entre los intentos por comprenderlo figuran el modelo de «bola de pelusa» de la teoría de cuerdas y las descripciones de los agujeros negros en teorías de la gravedad cuántica conocidas como «redes de espín espumoso» o «gravedad cuántica de bucles».
Algo que sí parece seguro es que los agujeros negros seguirán intrigándonos y fascinándonos durante mucho tiempo.
