“Pregúntale a un astrónomo”: Sobre agujeros negros y el destino de la materia absorbida por ellos

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por Néstor Espinoza*

La columna del día de hoy trata de un tema que sin duda roba atención donde sea que se le toque y que fue propuesto por nuestro lector Sebastián Ortiz: los agujeros negros. ¿Qué son?, ¿cómo se forman?, ¿qué pasa con la materia que es absorbida por estos? ¡Sigue leyendo para averiguar!

Hace un buen tiempo, alrededor del año 1700, un popular físico-matemático de apellido Laplace se preguntó si sería posible que una estrella produjera tanta gravedad que la luz no fuese capaz de escapar de la ella y llegar a nuestros ojos (cabe destacar que en ese tiempo se creía que la luz era una partícula, por lo que no había preguntas sobre “por qué la luz es afectada por la gravedad”1). Obviamente, Laplace no tenía nada personal en contra de la luz, pero si lo pensamos, es una pregunta bien interesante: si la luz no podía escapar, entonces, estos objetos no podrían emitir luz, por lo que si pusiéramos un agujero negro en un fondo blanco, veríamos un puntito negro: ¡de ahí el nombre de “agujero negro”!

Ocupando física elemental (¡de la que hoy se enseña en los colegios!), Laplace pudo demostrar que para que la luz no pudiese escapar de una estrella con una masa como la del Sol (que en ese tiempo se conocía con una precisión moderada), ésta tendría que tener un radio de unos pocos kilómetros. Hoy sabemos que estos “pocos” kilómetros son en realidad tres kilómetros. Sí, TRES KILÓMETROS: ¡imaginen eso! TODA la masa del Sol comprimida en 3 kilómetros. Es como querer colapsar un auto (que tiene algo así como 1000 kg de masa)…¡en la mitad de una célula humana! Para Laplace, justamente, fue un bonito ejercicio con una magnífica motivación pero, para ese tiempo, no mucho más que eso.

Hoy la historia es distinta. Conocemos montones de objetos astronómicos que poseen estas características e incluso, gracias a la teoría de la relatividad general de Einstein, existen modelos muy interesantes de este tipo de objetos. De hecho, hoy en día nuestra percepción de lo que “es” un agujero negro es un poco distinta a la formulada por Laplace: para él, un agujero negro era una estrella que emitía luz, la que simplemente no podía salir. En la teoría de la relatividad general , la luz nunca “sale” de la superficie del objeto. De hecho…¡no hay superficie! Es sólo espacio vacío dejado allí por el material que se colapsó.

Como se mencionó en la introducción, los agujeros negros también absorben materia debido al gran campo gravitatorio que poseen, y cabe preguntarse qué sucede a medida que la materia cae. Primero que todo, si fuésemos atrapados por un agujero negro y pudiésemos “ver” lo que sucede, todo sería súper raro. Es tan raro, que casi siempre que alguien intenta explicar lo que pasa, uno se queda pensando un buen rato y concluye que, probablemente, no entendió nada. Así que como dicen que “un video vale más que mil palabras”, los invito a tirarse por un agujero negro en el siguiente link (además, aceptémoslo: es mucho más seguro verlo por video que lanzarse en la vida real a un agujero negro). En el link, en la parte inferior izquierda se muestra la posición en la que estamos en el agujero negro, mientras que en el lado inferior derecho el tiempo transcurrido en el “viaje”.  Luego de este viaje, viene la gran pregunta: ¿qué pasa con la materia que se absorbió?

La verdad es que, en teoría, y bien estrictamente, no hay mucho consenso aún. Hasta hace unos años, eso si, la respuesta dependía del tipo de agujero negro y de los cuatro más populares tipos, la gran diferencia en esta parte dependía principalmente de una propiedad: si el agujero negro rotaba o no. Si el agujero negro no rota, son llamados agujeros negros de Schwarzschild. En estos se forma una llamada “singularidad”, que es un punto de “densidad infinita” en el centro del agujero negro;  el destino de la materia en este caso será bien trágico: caer hacia este punto y “unirse” al agujero negro. Si este rota, es llamado un agujero negro de Kerr, por otro lado, esta singularidad ya no es un punto sino que tiene una forma de anillo. Debido a esta forma, existe la posibilidad de que la materia pueda escapar eventualmente del agujero negro, aunque no de la misma manera como entró a éste (las fuerzas provocadas por la inmensa gravedad destrozarán todo cuerpo que entre al mismo).

Es en realidad esta mencionada “singularidad” el problema de los agujeros negros. En física no nos gustan mucho las singularidades, porque son puntos en los cuales no sabemos lo que pasa;  son puntos en los que la teoría diverge…o “explota”. Usualmente los interpretamos como una teoría gritándonos “no sé que pasa aquí”. Pero no es que la teoría sea mala, por supuesto: ésta diverge por que nos falta incorporar otros efectos, como los mecánico-cuánticos, por ejemplo. En estos momentos, justamente, hay personas trabajando en esto: gente intentando explicar qué es lo que en realidad sucede en estas singularidades, cómo podemos unir la gravedad con los fenómenos mecánico-cuánticos que tanto nos han maravillado en nuestra tecnología actual… muchos se preguntan incluso si es posible unir estos conceptos. La continuación de esta columna, entonces, tendrá que ser en unos años más… ¡si es que hay alguna respuesta de los físicos!

1: Hoy sabemos que la gravedad afecta a ondas y partículas debido a que esta no actúa “sólo” sobre las partículas, sino que perturba (“deforma”) el espacio-tiempo, es decir, el espacio Y el tiempo. Esto, a su vez, provoca que observemos sus efectos en partículas y cuerpos a nuestro alrededor.

*Néstor Espinoza – Astrónomo (PUC), Candidato a Doctor en Astrofísica (PUC) e Investigador del Instituto Milenio de Astrofísica (MAS) – @nespinozap

 

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