¿Existen los Agujeros Negros?

Los agujeros negros son curiosas criaturas de la mente humana. Surgen con el astrónomo y matemático Laplace y con el geólogo John Michell, a partir de razonamientos gravitatorios realizados sobre la Mecánica Clásica: Un cuerpo necesita cierta velocidad para escapar del campo gravitatorio de otro, cuando está situado a una cierta distancia. Así, un cohete (o cualquiera de nosotros) necesita adquirir una velocidad vertical de unos 11,2 km/s a nivel del mar para poder dejar nuestro planeta detrás (algo que a mí me gustaría hacer con cierta frecuencia). En caso del Sol, con una masa muy superior (unas 333,000 veces) pero también de tamaño extraordinario (110 veces), la velocidad es de 617 km/s. Por tanto, un cuerpo suficientemente masivo puede llegar a tener una velocidad de escape superior a la de la luz. Ya entonces se había probado que ésta era finita (ver la entrada sobre el contexto histórico de la medida de la velocidad de la luz ). Por tanto, cualquier radiación luminosa se quedaría encerrada, no podría huir. Tendríamos un agujero negro, invisible, pero cuya presencia se haría sentir por los efectos que su campo gravitatorio tendría sobre su entorno.

Con la teoría de la relatividad restringida de Albert Einstein, queda claro que la velocidad de la luz, denominada c, no puede ser superada, ya que un cuerpo masivo, al acelerar, adquiriría masa infinita al alcanzar el valor de c. Pero la Física verdaderamente extraña, casi anómala, aparece con la teoría de la relatividad general, que trata sobre masa y gravedad, y con la Física Cuántica (que he de confesar que sigo sin comprender).

Muchos fenómenos observacionales han sido explicados con gran éxito por este conjunto de teorías que marcan al siglo XX (demasiado temprano para decir nada sobre el XXI). Otros muchos han sido predichos y verificados (una de las pruebas de fuego de la Ciencia, junto con la falsación, pese a lo que afirmaba Popper). Sin embargo…

Entre los objetos cuya existencia posibilita la teoría general de la relatividad están los agujeros negros, de una manera ciertamente fuera de nuestra experiencia. Un agujero negro vendría a estar definido por la masa que contiene, y ésta a su vez impone un horizonte de sucesos, un límite a partir del cual nada se ve, nada se sabe (salvo la gravedad). Cualquier objeto, cualquier fotón que penetre esta barrera desaparece del Universo observable. Diríamos que deja de ser parte de él, excepto, nuevamente, en cuanto a la fuerza de la gravedad. Hay algo sugerente a la vez que inquietante en la posible existencia de los agujeros negros. La teoría de evolución estelar, de las más precisas dentro de la Astrofísica, permite, casi exige su existencia, al condenar a las estrellas muy masivas, o, más concretamente, a los núcleos que dejan al evolucionar, a convertirse en agujeros negros. Hay evidencias de que existen estrellas binarias que, al dejar de fusionar la componente más masiva (y que por tanto evoluciona más rápidamente) elementos atómicos para obtener la energía que radia y que le ayuda a equilibrar el empuje de su propia gravedad, contienen una estrella convencional y un agujero negro. Pero estas mismas evidencias están presentes cuando examinamos algunas galaxias, entre ellas la nuestra. Las curvas de rotación de las estrellas alrededor de su centro claramente muestran que allí debería estar presente un inmenso agujero negro, con una masa de cientos de miles de veces la del Sol, si no superior. Incluso algunos modelos cosmológicos indican que micro agujeros negros se formaron durante el proceso de nacimiento del Universo, el Big Bang.

Entonces, ¿existen los agujeros negros o no? La pregunta y su respuesta son más sutiles de lo que en principio parece, y exige una reflexión sobre el concepto “existir” y sobre le proceso mismo de formación de un agujero negro y de su identificación con una singularidad.

Cuando una estrella termina su ciclo vital, las capas más externas expandiéndose para formar una supergigante roja; cuando contiene un núcleo cuyos elementos más ligeros se han agotado, convirtiéndose mediante una serie de reacciones nucleares sucesivas en hierro; cuanto el peso de la parte central de la propia estrella no se puede compensar por la presión de radiación de los fotones gamma generados por las reacciones en cadena… Entonces, sólo entonces, el centro colapsa en un proceso que dura unos instantes y el exterior se expulsa a velocidades de vértigo. Surge una supernova, un fenómeno que deja pequeño, por unos días o semanas, a la galaxia donde se produce. La parte exterior creará una nebulosa de gran belleza, que durará unas pocas decenas de años. Sin embargo, el interior, el núcleo, en su colapso, pasará de manera súbita por varias etapas. Ni las condiciones físicas de una enana blanca, el destino de las estrellas de masa intermedia o baja, ni de una estrella de neutrones son suficientes para detener a la materia. El colapso seguirá y dará lugar a la formación de una singularidad gravitatoria. Pero esto no ocurre, no puede ocurrir. O, mejor dicho, no hay tiempo suficiente para que ocurra.

Un ejemplo de singularidad, en una sencilla función matemática. Según nos acercamos al origen, punto 0 en el eje x, los valores de la función se disparan, divergen hacia el infinito. Algo análogo ocurre en un agujero negro.

Entre las propiedades de la gravedad está la ralentización del tiempo. Este es un efecto medido con gran precisión, incluso a nivel de nuestro planeta. Los relojes atómicos, los más precisos, no corren a igual velocidad a nivel del mar que volando a gran altura. Cuanto más intenso es el campo gravitatorio, más importante es este efecto. Así, durante el proceso de formación de un posible agujero negro el tiempo se deacelera cuanto más cercano estamos de la aparición de la singularidad. Nosotros podemos llegar a nacer y a vivir nuestra completa existencia. Una civilización surge, deja su legado y desaparece. Una estrella de baja masa se forma, brilla en su cielo y termina sumergiéndose en la obscuridad de la muerte térmica. Pero el tiempo está casi detenido para la materia que colapsa dentro del quasi-agujero negro. Y según avanza el proceso, más lentamente suena su tic-tac interno respecto a los observadores externos, respecto a nuestro Universo. No, un agujero negro, entendido como singularidad, no se puede formar por este mecanismo. Todo lo más, existirán agujeros negros, miles, millones o tal vez billones, que estarán en proceso de formación, y a todos los efectos siempre lo estarán.

En lo que respecta a los hipotéticos agujeros negros que nacieron con el Big Bang, en realidad no creo que se puedan considerar que están dentro de nuestro Universo, ni dentro de nuestro tiempo. Espacio y tiempo se crearon durante este proceso, están liados en un continuo espacio-temporal que define la existencia de materia y energía. Un agujero negro primordial las precede. Incluso debe anteceder al desacoplamiento de las fuerzas, aparece antes del tiempo de Planck , dentro del los primeros 5×10^-44 segundos, el límite a nuestra cognoscibilidad. No, no nos pertenece. Aun si sintiéramos su fuerza gravitatoria, su empuje. Es algo no está en este Universo. Un vecino indeseado, tal vez.

Y si fuéramos arrastrados más allá de su horizonte de sucesos, si nos abduciese, sería como una expulsión de un paraíso, para no volver.

ENLACES:
Midiendo la velocidad de la luz: el contexto histórico
Restos de supernovas: desde los rayos X al infrarrojo medio
Hace 1800 años: ecos de la muerte de una estrella
Entendiendo el origen del Universo: Fondo Cósmico de Microondas
El Nobel de Física 2006 para dos astrónomos
Wikipedia, supernovas
Wikipedia, agujeros negros.
Wikipedia, Big Bang
Wikipedia, Kart Popper
Wikipedia, tiempo de Planck
The Karl Popper web