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LOS AGUJEROS NEGROS
Desde hace aproximadamente unos doscientos años, el hombre se había
planteado la posibilidad de que estrellas súper masivas, tuvieran un campo
gravitatorio tan potente, que no dejarían escapar ni a la propia luz. Esta teoría,
olvidada y tomada un poco como una locura debido al mayoritario partidismo de
aplicar la teoría ondulatoria al comportamiento de la luz, fue retomada a principios
del siglo XX, debido en parte a la aceptación de la teoría de dualidad onda
partícula en el comportamiento de la luz (1915, Einstein: Teoría de la relatividad
general).
A palos de ciego, este nuevo planteamiento, fue tomando forma sin tener
realmente un estilo definido para la comprensión del suceso, hasta que en 1928
un estudiante indio; Subrahmanyan Chandrasekhar, vino a confirmar lo que los
científicos de la época ya sospechaban. Si un agujero negro, es un pozo con una
gravedad tan descomunal que ni la luz puede escapar de él, era lógico pensar que
ya que la gravedad es atractiva (de eso si que estaban seguros), el objeto que
provocara semejante efecto debería poseer una enorme masa, y los objetos
conocidos con grandes masa eran sin duda las estrellas. Ahora bien, que pasaría
con una estrella una vez hubiera agotado todo su combustible; Chandrasekhar
intuyó perfectamente la metodología en la muerte de una estrella y formulo la
teoría del limite de masa que una estrella moribunda podía soportar antes de
sucumbir a su propia fuerza gravitatoria. Este límite, aún hoy en día denominado
límite de Chandrasekhar, tuvo serias consecuencias en la manera de mostrar el
comportamiento del Cosmos, y no hizo más que apoyar la ya de por sí aceptada
teoría de la relatividad de Einstein.
La teoría de la relatividad, admite la existencia de los agujeros negros pero no
limita su creación a unas condiciones concretas, y ya que esto es así, un agujero
negro, puede haberse creado en cualquier tiempo concreto, puede incluso (y de
hecho es lógico) estarse creando ahora mismo.¿Pudo el universo, disgregar toda
su materia en el mismo instante de la creación? ; Probablemente no y
consecuentemente, deberían existir agujeros negros, que tuvieran la misma edad
que el propio cosmos y que estarían dejando una huella susceptible de poder ser
encontrada.
Para comprender realmente que es un agujero negro y las implicaciones que este
conocimiento conlleva, hay que tener en cuenta dos puntos que son básicos de
necesidad. El ciclo vital de una estrella y la errónea concepción que tenemos de
ellos.
El ciclo vital de una estrella, se puede resumir en
pocas palabras:
· Las estrellas con una masa pequeña (enanas marrones), pueden iniciar sus
reacciones nucleares, pero no con la intensidad de una estrella más grande, por lo
que su tendencia es la de permanecer estables durante un período de tiempo,
emitiendo una cantidad de energía muy inferior a la de estrellas más grandes. Una
vez consumido todo el combustible y por tanto puesto fin a las reacciones
nucleares en su interior, la estrella no tiene la masa suficiente para reaccionar de
una manera violenta, por lo que tiende a apagarse sin realizar prácticamente
cambios significativos.
· Una estrella con una masa similar a la del Sol, en su secuencia principal, fusiona
hidrógeno en su núcleo hasta que este se agota. Una vez el núcleo está
constituido en helio (la fusión del átomo de hidrógeno, que no la fisión, da como
resultado el átomo de helio), es cuando comienza el verdadero calvario de la
estrella. Una nube de gas rodea a la estrella y comienza a expandirse a la vez que
el núcleo se transforma en carbono, que es el elemento más avanzado en la tabla
periódica que una estrella de estas características puede conseguir. El tamaño de
la estrella puede llegar a las dos UA (unidades astronómicas, unos 300.000.000
Km de diámetro), explotando y expulsando todo el gas, quedando una pequeña
enana blanca, que con el tiempo se irá apagando.
· Una estrella con una masa de entre 10 y 30 Soles, poseería unas características
muy parecidas a una estrella del tipo Solar, con la exclusión de que agota su
combustible mas rápidamente, genera en su agonía una estrella súper gigante roja
y debido a la violencia de la explosión final, esta desencadenará en una estrella de
neutrones.
· Una estrella con una masa superior de 30 veces la del sol, consumiría su
combustible de una manera alarmante y debido a su enorme masa, el
comportamiento sería similar hasta la agonía final al de una estrella de entre 10 y
30 masas solares, pero con la seguridad de que la terrible explosión final,
provocará tal presión en el núcleo, que este implotará sobre sí mismo, hasta
alcanzar una densidad infinita y un tamaño mínimo. No conservará ninguna de las
características de su antigua composición, excepto la gravedad que al ser
atractiva estará toda concentrada en un mínimo punto y equivaldrá a la suma de
toda la gravedad que debería poseer toda la materia que de la estrella quedo.
Uno de los mayores errores en el que podemos caer a la hora de intentar
comprender lo que un agujero negro es realmente, sobreviene cuando leemos
algún artículo que nos habla de ellos. Frases como: "...Curva el espacio tiempo",
"... Teóricamente, es posible que desemboque en un agujero blanco",
"... Imaginemos una maya que sostiene una bola de plomo y observemos como
esta se hunde con su peso", etc., y todo esto acompañado del famoso dibujo de
un disco de acreción, entrando en un horizonte de sucesos, formando una espiral
alrededor de un punto representado en negro, confrontan todo lo que los
susodichos artículos, son capaces de hacernos razonar. Sin embargo, un agujero
negro es algo más que eso: Para empezar es tridimensional, es decir, actúa con la
misma intensidad atractiva en cualquiera de sus infinitos puntos lo que obliga al
replanteamiento de algunas cuestiones, cómo son:
a) ¿Curva el espacio tiempo? - No lo curva, lo deforma hasta límites irracionales.
Un agujero negro, atrae hacia él la masa que tiene a su alrededor por todos los
puntos de éste, por lo tanto representar un agujero negro que hunde una maya
está totalmente fuera de lugar, debemos imaginar un universo tridimensional, (no
bidimensional) que es absorbido por la fuerza gravitatoria desde todos los ángulos
contenidos en éste.
b) ¿Puede desembocar en un agujero blanco? - Esta es la panacea de la ciencia,
Einstein ya lo permitía en su famosa Teoría de la Relatividad: Citaba que en
estados muy concretos de gran inestabilidad y por tiempo limitado (?), Era posible,
matemáticamente hablando que estos surgieran. No es muy certero hablar de
simetría matemática en un lugar donde no es respetada ni una de las leyes físicas
que rigen en el resto del cosmos. Aunque teóricamente es posible, cómo podría un
cuerpo tan extraordinariamente compactado, en el que el tiempo está detenido y
que ejerce la atracción gravitatoria por cualquiera de sus puntos, permitir una
válvula de escape tan sumamente conflictiva con sus propias características
físicas. Dónde podría llevarnos este agujero blanco( en el improbable que
existiera)?; Los científicos aquí van a más: "podría interconectar cualquier punto
del universo e incluso permitir el paso a otros universos" (algo digno de StarGate.
¿Qué es pues un agujero negro?
La definición técnica de un agujero negro, podría ser la siguiente: Se trata de una
acumulación finita de materia, concentrada a una densidad infinita y formando una
singularidad. De esta definición, se extrae la conclusión de que esta materia
concentrada en un punto ínfimo (singularidad), ha perdido todas sus propiedades
físicas y sólo conserva la capacidad de la atracción gravitatoria, que es
consecuentemente la resultante de la suma de toda la capacidad de atracción que
poseía esta materia antes de consolidarse como agujero negro. Las leyes físicas
aquí tampoco son consecuentes, de hecho no se conocen los mecanismos que
deben regir en el interior de un agujero negro, pero si se sabe como afectan al
resto de la materia colindante.
Lo más impresionante de un agujero negro, es su capacidad para retener toda la
materia contenida en él. Es capaz de evitar incluso que la luz que ha entrado en
su interior, abandone las inmediaciones, por lo que ésta (teóricamente) se
acumula en su disco de acreción, sin posibilidad de escape, lo que les hace
invisibles a nuestros ojos. También el tiempo se ve afectado: En el interior de un
agujero negro, el tiempo está prácticamente detenido.
En pocas palabras, un agujero negro es una región del espacio con tanta
concentración de materia y un campo gravitacional tan fuerte, que ni siquiera la luz
puede salir de él. Dado el fundamental papel que en este caso juega la gravedad,
tendremos que hacer acopio de la Teoría de la Relatividad de Einstein, para
entender detalladamente qué son los agujeros negros.
Imaginemos una nave espacial que sale de la tierra en misión, por ejemplo a la
luna: Ésta, necesitará una velocidad mínima para abandonar nuestro planeta,
pues bien, a esa velocidad se la conoce como velocidad de escape y está
estrechamente relacionada con la masa del planeta. Así, para que nuestra nave
abandone la tierra, la velocidad de fuga debería ser de un mínimo de 11,2 Km por
segundo; por debajo de esta velocidad, la nave estaría eternamente dando vueltas
a la tierra sin posibilidad de salir de su atracción gravitatoria. La velocidad de fuga
para poder vencer la atracción terrestre, es relativamente fácil de alcanzar, pero
que ocurre si nos encontramos en el horizonte de sucesos de un agujero negro:
Aquí las cosas verdaderamente se complican; debido a su enorme masa, la
velocidad de escape debería ser superior a la de la luz (¡300.000 Km por
segundo!), Algo imposible a todas luces, por lo que podemos deducir de aquí que
nada, incluso la propia luz, puede abandonar el agujero negro.
El horizonte de sucesos de un agujero negro, es conocido como la zona de "NO
RETORNO", esto es, una superficie esférica que delimita el contorno de éste y
que una vez atravesada, nada puede escapar de su atracción gravitatoria, ya que
en este estado, la velocidad mínima de fuga es de 300.000Km segundo. Las
propiedades de este punto de no retorno, son extrañas de por sí y aunque la física
se ha encargado de analizarlas, no se puede tener la absoluta seguridad de poder
explicar lo que realmente sucede en este punto concreto. Digamos que para un
observador situado fuera del campo de atracción gravitatorio, y que por supuesto
pudiera verlo, éste debería asemejar poco más o menos que una superficie
esférica sin apenas movimiento, (la distorsión del espacio-tiempo aquí ya es muy
marcada) pero a medida que el observador se aproximase y comenzaran los
tiempos relativos de ambos eventos a estar relacionados, la velocidad observada
del horizonte de sucesos, semejaría sufrir una aceleración brutal que en el mismo
borde sería equivalente a la de la luz, acabamos de cruzar el susodicho punto de
no retorno.
Alcanzado este punto, la distorsión espacio-tiempo antes mencionada invierte sus
coordenadas, de tal forma que la distancia radial (coordenadas espaciales) se
convierte en coordenada temporal y viceversa, el tiempo se transforma en
coordenada espacial. Esto implica que nos movamos irremediablemente a valores
radiales cada vez más pequeños, hasta que el valor radial sea igual a cero (Vr=0),
con lo que habremos alcanzado el punto exacto de la singularidad.
De todas maneras esto son las teorías lógicas que la ciencia se ha encargado de
analizar y dar como válidas, pero deberíamos tener en cuenta que nadie
actualmente está en posesión de poder hablar de los agujeros negros de una
forma totalmente autoritaria, y aunque probablemente todas ellas sean ciertas, el
ámbito científico exige que sean revisadas una y otra vez hasta darlas por
sentadas.
¿Sería posible detectar un agujero
negro?
La primera vez que se tuvo constancia real de uno de estos caníbales cósmicos,
fue en 1971 desde el Observatorio Orbital de Uhuru. El objeto en cuestión, emitía
impulsos de rayos X (de hay la suposición que se trataba de una agujero negro) y
fue bautizado como Cygnus X-1.
Existe la sospecha de que los agujeros negros, están localizados en su mayoría
en las regiones centrales de las galaxias; Se han observado algunos centros
galácticos y se han confirmado las evidencias de la elevada velocidad de rotación
en sus núcleos y las fuertes emisiones de rayos X, lo que apoya estas hipótesis.
Además del Cygnus X-1, existen otros cuerpos estelares que podrían ser
catalogados como tales: AO620-00 y GX339-4 en la Vía Láctea, LMC X-1 y LMC
x-3 en la Gran Nube de Magallanes, el actual "Recordman" localizado en la
galaxia M87 con una masa superior a 5000 millones de veces la del Sol, Sagitario
A con una masa del torno a 5 millones de veces la del Sol, y una gran cantidad de
formaciones de centros galácticos con posibilidades de poseerlos. De todas las
maneras, estos objetos siguen siendo un misterio, al no poder ser observados
directamente, lo anterior no son más que especulaciones (con toda probabilidad
correctas, pero sin poder ser confirmadas al 100%)
Pero una cosa tiene que ser evidente, los agujeros negros, deben ser y de hecho
serán detectables. El problema al que nos enfrentamos es que todavía no
disponemos de la tecnología adecuada para ello.
Lo primero que hay que tener en cuenta, es que un agujero negro está compuesto
de materia y la materia, evidentemente emite radiación. La temperatura de esta
radiación, es sin embargo inversamente proporcional a la masa del objeto, con lo
cual tenemos que cuanto mayor sea la masa, menor será la temperatura. Y aquí
es donde puede venir el problema: No tenemos la certeza absoluta que esta
radiación, aún a sabiendas de que se produce, pueda abandonar el agujero negro,
pero no obstante si que debería (teóricamente) provocar cuanto menos,
perturbaciones en el disco de acreción de éste. También sabemos que la
temperatura que puede emitir un agujero negro, debe rondar el cero absoluto, pero
sin embargo aunque la cantidad de radiación producida en este caso debe ser
mínima, esta emisión debe permitirse como tal, puesto que sino estaríamos
violando la segunda ley de la termodinámica.
También tenemos la certeza que el vacío que rodea a un agujero negro, no es un
vacío absoluto, por lo que teóricamente debe permitirse la producción de pares
partícula(real)/antipartícula(virtual). En nuestro universo y debido a la
autoorganización inicial de éste, las partículas reales tienen energía positiva, y las
partículas con energía negativa (antipartículas), que se dan ahora en denominar
partículas virtuales, deben buscar su homónima (la partícula real) para auto
aniquilarse. ¿Qué ocurriría si esta relación se diera en las proximidades de un
agujero negro? Aquí si que podríamos tener una buena pista si tuviéramos la
tecnología adecuada. Teóricamente, la brutal atracción gravitatoria a la que se
vería sometida la partícula positiva, obligaría a ésta a realizar un sobreesfuerzo
para escapar del disco de acreción y no sucumbir a las profundidades del agujero.
Este sobreesfuerzo, propio de la ley de repulsión natural, podría teóricamente
convertirla en una partícula virtual temporal (antipartícula) y por consiguiente la
propia antipartícula que al ser negativa, ya no podría aniquilarse con su homónima
que se ha convertido temporalmente en virtual, sería irremediablemente atraída
hacia el disco de acreción, dejando a su compañera libre, que aunque con una
posibilidad remota, podría escapar de la atracción gravitatoria y una vez a salvo de
la carga de los gravitónes, convertirse de nuevo en positiva y susceptible de poder
ser detectada. Aunque por supuesto esta no sería escupida por el agujero negro,
daría esa impresión y conociendo bien los mecanismos que deberán regir este
acontecimiento y disponiendo de una tecnología de detección sumamente
avanzada, se podrían localizar cientos, miles, millones o quizás billones de
agujeros que por ahora permanecen ocultos a nuestros ojos.
De momento tenemos que conformarnos con la observación indirecta, asumiendo
que no siempre un agujero negro va a remitir pistas que lo hagan detectable y
cuando esto ocurre, tampoco estaremos en disposición de poder admitir sin lugar
a dudas que el descubrimiento esconda uno de estos caníbales cósmicos.