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Agujeros negros, monstruos invisibles en el espacio
 
 
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 LA METAMORFOSIS DE LAS ESTRELLAS
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Representación esquemática de un agujero negro realizada por profesionales de la NASA.

Los agujeros negros constituyen uno de los fenómenos galácticos más extraordinarios que existen en el universo y suscitan gran curiosidad tanto entre los cosmólogos como entre los aficionados a la astronomía. La expresión agujero negro fue acuñada por el físico y astrónomo John Archibald Wheeler, que la utilizó en una conferencia pronunciada en 1967 para expresar lo etéreo e inaprehensible de estos misteriosos cuerpos.

Los agujeros negros son monstruos galácticos, auténticos pozos que engullen todo aquello que cae bajo su influjo. Están presentes en casi todas las galaxias y, sin embargo, no fueron astrónomos los primeros en percatarse de su existencia. A través de la física teórica, varios estudiosos de la teoría de la relatividad formulada por Albert Einstein se quedaron perplejos cuando, analizando las fórmulas del maestro alemán, dedujeron matemáticamente que un cuerpo de gran masa podía atrapar todo lo que le rodeara sin dejar escapar nada al exterior, ni siquiera la luz. El físico alemán Karl Schwarzschild, a principios del siglo XX, fue el primero en deducir desde la física einsteniana esta clase de extraños objetos. Al principio, ni siquiera Einstein tomó muy en serio esta deducción, pero poco a poco, gracias al trabajo de autores como Robert Oppenheimer, la posibilidad de que existieran fue tomando cuerpo. La física einsteniana había sido como una brújula en el desierto, ya que había posibilitado que los astrónomos empezaran a buscar en el espacio objetos que, de otra forma, hubieran pasado totalmente desapercibidos.


LA BÚSQUEDA DE AGUJEROS NEGROS
Un agujero negro es una región del espacio que actúa –tal y como expresa su propio nombre- como un agujero. Es decir, todo lo que cae en su interior no puede salir, ni siquiera la luz. Es un cuerpo que ha perdido todas las características de la materia, excepto la capacidad de atraer a otros cuerpos. Al no emitir ninguna señal y retener en su interior incluso la luz, los astrónomos no tienen ningún medio para detectarlos. Sin embargo, esta dificultad no ha impedido a los científicos su búsqueda y “captura”.

La principal pista de que disponían los astrónomos para detectar los agujeros es que, a pesar de que estos no emitan luz, poseen masa y, por tanto, atraen a otros cuerpos celestes hacia ellos, del mismo modo que lo haría una estrella o un planeta. De este modo, si se aprecia que alrededor de una región oscura del espacio orbitan varios objetos y se puede medir la velocidad a la que dan vueltas, los científicos pueden deducir que se encuentran ante un agujero negro y pueden, incluso, determinar su peso.

La primera vez que se descubrió un agujero negro mediante este método fue en 1971, cuando la NASA halló el Cygnus X-1, al que seguirían el AO620-00, el GX339-4 y otros muchos. Los centros de las galaxias son zonas con alta probabilidad de alojar agujeros negros, por eso, los astrónomos se han centrado en su exploración. De hecho, hasta el momento, los esfuerzos más grandes en este sentido se han destinado al rastreo del corazón de la Vía Láctea, nuestra galaxia, en la que por el momento no se ha detectado ningún cuerpo de este tipo.

A pesar de que prácticamente toda la comunidad científica considera que Cygnus y los objetos similares descubiertos son agujeros negros, todavía queda un resquicio para la duda debido a la imposibilidad de observarlos directamente. No obstante, los astrónomos están cada vez más convencidos de que, en un futuro próximo, su detección e identificación será mucho más sencilla y segura.

En este sentido, Stephen Hawking llevó a cabo en 1974 una de las mayores aportaciones al estudio de los agujeros negros, la radiación Hawking: según el conocido físico todos los agujeros negros debían emitir algún tipo de radiación, lo que permitiría que fueran detectados más fácilmente. Por este motivo, el propio Hawking ha afirmado en su libro Historia del tiempo que “los agujeros negros no son tan negros”, sino que son como lámparas que emiten una luz tan tenue que aún no ha podido detectarse. Actualmente, la tecnología avanza en esta dirección.

Los agujeros negros son muy abundantes en el universo y esta abundancia se debe que su origen está relacionado con la muerte de las estrellas. En 1931, un joven estudiante indio de 21 años realizaba esta contribución decisiva para demostrar la existencia material de los agujeros negros. Su nombre era Subrahmanyan Chandrasekhar y explicó cómo se formaban los agujeros negros a partir de las estrellas.


LA EXPLICACIÓN DE CHANDRA
Sabemos que una estrella está formada por una gran cantidad de moléculas de hidrógeno y de helio. Podemos imaginarnos las moléculas como minúsculas bolas que componen toda una estrella y que se ven sometidas a unas enormes fuerzas de presión debido a la gravedad. Esta presión hace que las bolas se aprieten cada vez más unas con otras hasta fundirse (del mismo modo que los granos de azúcar, al calentarlos, también se funden). En este proceso de fusión se produce gran cantidad de energía, que se radia hacia el exterior en forma de calor. Los átomos de hidrógeno –que son los más simples- son el combustible de las estrellas, como el Sol. Todas las estrellas permanecen en equilibrio, porque por un lado sufren una enorme fuerza de la gravedad y por esta razón se contraen. Y por otro lado, sufren una fuerza hacia el exterior debido a la radiación de energía.

Pero ¿qué ocurre cuando este combustible se acaba? Esto solo sucede al cabo de miles de años, pero cuando llega este momento, no hay nada que se oponga a la fuerza de la gravedad, por lo que el centro de la estrella se contrae cada vez más y más. La compresión del núcleo permite que los núcleos de los átomos se fusionen dando lugar a elementos muy pesados como el carbono e incluso el hierro. La estrella empieza a emitir colores rojizos –propios de su temperatura más fría- y en ese momento, si la estrella es tan pequeña como nuestro Sol, se convierte en una enana blanca, donde toda la materia de la estrella se contrae hasta alcanzar un radio de un kilómetro. Si tratáramos de tomar esta materia condensada con una cucharadita de café, comprobaríamos que pesa millones de kilogramos. Pero si la masa de la estrella es 1,4 veces mayor que el Sol –valor que es conocido como límite de Chandrasekhar- la masa de la estrella se seguirá contrayendo y cada vez será más densa y ocupará menos espacio, por lo que la fuerza de la gravedad en sus aledaños será cada vez mayor, en un proceso que no tiene final. En ese momento se habrá formado un agujero negro. Los agujeros negros aparecen, por lo tanto, con la muerte de estrellas de gran masa, mayores que el Sol.

Un agujero negro es una región del espacio en la que la concentración de materia es tan elevada que la fuerza de la gravedad impide escapar cualquier objeto o radiación. Pero si deseamos conocer mejor lo que es un agujero negro, es preciso que nos hagamos una idea de la gravedad y de las teorías científicas que explican este fenómeno.


LA GRAVEDAD
La primera referencia a los agujeros negros fue planteada en el siglo XVIII por un astrónomo aficionado inglés llamado John Mitchell. El razonamiento que siguió para llegar a esta conclusión era muy sencillo y se explica mediante el siguiente ejemplo. Supongamos que arrojamos con fuerza una piedra en dirección vertical. Llegará un momento en que, a pesar de iniciar el trayecto a una gran velocidad, esta disminuirá hasta detenerse completamente, momento en el cual iniciará el descenso. Si tuviéramos una fuerza extraordinaria, conseguiríamos que la piedra abandonara la estratosfera y no volviera a caer, lo que solo ocurriría si el objeto alcanzara una velocidad de 11,2 km/s –conocida como velocidad de escape- tal y como hacen las lanzaderas espaciales. Sigamos imaginando que no nos encontramos en la Tierra, sino en otro cuerpo mucho más masivo. En este lugar nos costaría mucho más que un objeto abandone la atmósfera porque la fuerza de gravedad será mucho mayor. Llevando esta situación a un límite, podríamos suponer que existen cuerpos tan masivos que nada, ni tan solo la luz, puede escapar de ellos. Al no emitir luz no podrían verse, serían cuerpos oscuros o negros. El insigne matemático Pierre Laplace también hizo una deducción parecida en su obra El sistema del mundo: "Una estrella luminosa, de la misma densidad que la Tierra y con un diámetro 250 veces más grande que el Sol, no permitiría, a causa de la fuerza de atracción, que ninguno de los rayos que emite llegara hasta nosotros. Por esta razón es posible que los cuerpos luminosos más grandes del universo sean invisibles".

Estos científicos habían realizado este razonamiento basándose en la física newtoniana. Pero mediante estas elucubraciones apenas se logra extraer más información sobre estos cuerpos: los agujeros negros serían tan solo grises comparsas del drama cósmico, mudos actores de reparto sin más interés que saber que pueden estar allí. Pero la física de Newton no es la más adecuada para explicar el universo. Albert Einstein, en 1905 y 1915, provocó una auténtica revolución con la teoría de la relatividad al modificar profundamente el significado de conceptos tan básicos como los de espacio, tiempo, energía o gravedad.

Una de las bases sobre las que se sostiene la física clásica es que las cosas y los objetos materiales se encuentran en un espacio euclídeo y que el flujo del tiempo es homogéneo, es decir, los intervalos temporales serán iguales para cualquier observador. En la actualidad se han realizado numerosos experimentos que demuestran que ambas ideas están equivocadas. En la década de los setenta, por ejemplo, se tomaron dos relojes atómicos sumamente precisos, se sincronizaron y mientras que uno de ellos permanecía en tierra firme, el otro se colocó en un avión comercial. El avión dio algunas vueltas alrededor de la Tierra y cuando aterrizó de nuevo, se comprobó que el tiempo que marcaban ambos relojes no era el mismo. El reloj del avión se había atrasado algunas décimas de segundo, lo que significa que en cierto modo el avión había “saltado” hacia el futuro y que, por lo tanto, el transcurso del tiempo no es constante, sino que está ligado a cada observador y dependerá de su velocidad.

Respecto al espacio, cotidianamente lo identificamos con el vacío, aquello que no está ocupado por ninguna masa. El espacio tiene, sin embargo, una propiedad fascinante, y es que puede curvarse en presencia de cualquier masa. Los objetos distorsionan el espacio y la distorsión será mayor cuanto mayor sea la masa del cuerpo. Cuando tratamos de andar por la superficie terrestre en línea recta, la trayectoria que realizamos está inevitablemente curvada debido a que la Tierra es esférica. Algo parecido ocurre en el espacio debido a la presencia de materia. De la misma forma que una línea recta pintada sobre un globo estará curvado, la trayectoria de una nave espacial que vaya en línea recta también sufrirá la curvatura del espacio.


DENTRO DEL AGUJERO
En un agujero negro la materia se ha colapsado, es decir, ha alcanzado una gran densidad ocupando un espacio minúsculo. Una de las consecuencias de este fenómeno es que el espacio se curva y se retuerce formando algo parecido a un embudo. Por este motivo nada puede escapar a un agujero negro: es como una trampa cósmica de la que resulta imposible salir. Los agujeros negros son parecidos a los hoyos de los campos de golf. Una pelotita que circule por el campo recorrerá pequeños valles y desniveles y su viaje finalizará en el momento en el que caiga en el agujero. Aunque entre el campo de golf y el universo existan algunas semejanzas, también hay abismales diferencias y lo mismo ocurre con los agujeros negros. Si cayéramos en un agujero negro, para nosotros no sería diferente a caer desde una gran altura, con la diferencia de que no dejaríamos de caer en ningún momento. El agujero negro atrae a los cuerpos como cualquier otro cuerpo galáctico, pero un observador externo comprobará que el tiempo se ralentiza a medida que nos aproximamos al agujero y, una vez cruzado un punto llamado el horizonte de sucesos –conocido también como radio de Schwarzschild- el tiempo se habrá detenido, quedando como una imagen congelada, crionizados para el resto de la existencia del universo. Caer en un agujero negro significa salirse de las coordenadas temporales y, en cierto modo, es como tocar la eternidad.

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