Cazando agujeros negros

23 jul, 2012 por



La NASA lanza al espacio un cazador de agujeros negros.

Ese es el titular de una noticia reciente, tan llamativa que nos provocó varias preguntas, ¿se pueden cazar esas cosas?, ¿cómo es un cazador de este tipo?, y sobre todo ¿qué es en realidad un agujero negro?

Vamos a intentar resolver en este artículo todas estas incógnitas paso a paso. Lo primero será explicar lo que es este objeto interestelar. Los agujeros negros son regiones del espacio de una enorme densidad, ya que contienen tal cantidad de masa que su fuerza gravitatoria impide que salga de esa zona cualquier objeto que se encuentre en su zona de influencia, e incluso la propia luz. De ahí su calificativo negro.

Pero como todo descubrimiento científico tiene su historia y sus protagonistas éste no podía ser menos, así que a continuación pasamos a abordarlos.

 

Cronología: desde la especulación hasta el descubrimiento

Hace ya muchos años que hipotéticamente se había postulado la existencia de los agujeros negros.

En tiempos tan lejanos como 1783, el geólogo inglés John Michell (1724-1793), teórico de la astronomía y la gravitación, publicó un artículo en la Royal Society en el que conjeturaba que si la llamada velocidad de escape de un cuerpo de la Tierra era aquella velocidad mínima que debía alcanzar el cuerpo para vencer la fuerza de gravedad que lo mantiene preso en el planeta -que por cierto es de alrededor de 40.000 km/h-, podrían existir estrellas muy masivas en las que esa velocidad de escape superase a la de la luz, que es de 300.000 km/s. En ese caso ni siquiera ella misma podría abandonar el astro, y la imagen que alcanzaríamos a detectar sería la de una zona oscura en el espacio.

Tuvieron que pasar muchos años y muchos científicos hasta que esta idea volvió a la actualidad. El astrónomo alemán Karl Schwarzschild (1873-1916) publicó en 1916, unos meses antes de alistarse para participar en la I Guerra Mundial, un artículo en el que, utilizando las ecuaciones que Albert Einstein describía en su Teoría de la Relatividad General, calculó el radio que debería tener un objeto en función de su masa para que cumpliese las propiedades descritas para un agujero negro (aunque aun no había recibido tal denominación).

Por ejemplo, si el Sol tuviera que convertirse en un agujero negro, debería contener toda su masa en una esfera de 3 km de radio, y si fuera la Tierra la que sufriera esa transformación, su masa debería estar contenida en un radio de aproximadamente 9 mm. Sólo estrellas supermasivas podrían alcanzar la posibilidad de ser agujeros negros. La zona de influencia de esta singularidad se llamó horizonte de sucesos; cualquier objeto que lo atravesase sería engullido por el agujero.

En aquella época se lo consideró como un estudio teórico extravagante pues ninguna estrella podría alcanzar ese tamaño, y la teoría de Schwarzschild se sumergió en el olvido.

 

 

Aspecto aparente de un agujero negro.

 

Pero… En 1963, el matemático neozelandés Roy Kerr (1933), utilizando las ecuaciones de campo de la Relatividad General de Einstein, postuló la posibilidad de que el agujero negro no estuviera estático como había supuesto en sus cálculos Schwarzschild, sino que –como el resto de los objetos estelares– sufriera un movimiento de rotación. Sus cálculos propusieron la existencia de otro tipo agujeros negros que se formarían tras el colapso gravitacional de una estrella masiva rotativa, y que como trascendente diferencia con los anteriores contendrían una zona intermedia entre el horizonte de sucesos y el exterior, que denominó ergosfera, y de la que luego hablaremos.

Este avance supuso para la comunidad científica creer en una viabilidad real para la existencia de estos objetos y por ello, científicos de la talla de los británicos Stephen Hawking (nacido en 1942) y Roger Penrose (nacido en 1931) comenzaron a estudiarlos. Ambos publicaron a partir de la década de los sesenta del pasado siglo diversos artículos que incluían el análisis de sus características, geometría y propiedades.

Mas antes de seguir, debemos ser justos y darle el mérito que le corresponde al físico estadounidense John Wheeler (1911-2008), que en 1967 acuñó el término agujero negro para este fenómeno astronómico que hasta entonces se denominaba “estrella congelada” o “singularidad desnuda”.

Es mundialmente famoso el libro de Hawking Breve historia del tiempo (1988) en el que, además de teorizar sobre el espacio y el tiempo, el origen y el destino de nuestro Universo, presenta una elegante explicación que abarca desde el origen de estos misteriosos objetos prácticamente indetectables, hasta su comportamiento en el continuo espacio-temporal, así como su influencia sobre los objetos cercanos y su posible fin.

Aunque para nosotros lo más interesante del estudio de Hawking es que nos responde a una de las preguntas que nos hemos hecho al principio ¿se pueden cazar estas cosas?

Los agujeros negros observables deben tener en sus inmediaciones una estrella compañera de la que van absorbiendo su materia que alcanza altísimas temperaturas al mismo tiempo que emite rayos X. Es mediante la observación de esta emisión de radiación como somos capaces de detectarlos. Al entrar en espiral en el agujero negro, el gas procedente de la estrella forma lo que llamamos disco de acreción.

Este gas se acelera cada vez más al acercarse, calentándose hasta millones de grados, con lo que irradia con más fuerza rayos X. Esas ondas son bloqueadas por la atmósfera de la Tierra, por lo que sólo pueden detectarse mediante telescopios espaciales.

Así fue como en 1964 se detectó la emisión de una intensa fuente estelar de rayos X cerca de una estrella supergigante azul cuya masa era la de unos 20 soles, situada en la constelación del Cisne, cerca del centro de nuestra galaxia.

La materia de la estrella era irremisiblemente atraída por un objeto de una masa entre 5 y 10 veces la del Sol, y los rayos X procedían del disco de gas que entraba en espiral en el objeto. El resplandor de rayos X detectado era intermitente, lo cual evidenciaba que el miembro oscuro del sistema binario era un agujero negro. Se le bautizó como Cignus X-1, y fue el primero de una larga lista de ellos descubiertos hasta ahora.

 

Simulación del agujero negro Cignus X-1 absorbiendo el gas estelar.

  

El telescopio que buscará agujeros negros

Actualmente se han localizado muchos objetos que cumplen las condiciones para ser un agujero negro, por eso es el momento de volver al origen de nuestro artículo, el detector de agujeros negros lanzado por la NASA.

Se trata de un telescopio espectroscópico de rayos X, el NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array), con diez veces más resolución y cien veces más sensibilidad que cualquier otro hasta ahora. A fin de conseguir economizar costes, en lugar de lanzarse desde una base terrestre, se puso en órbita mediante un avión Stargazer que tenía acoplado el cohete Pegasus X que lo contenía. El aparato soltó el proyectil cuando alcanzó los 12.000 m, y casi 13 minutos después el telescopio se separó del Pegasus X para colocarse en órbita a una altura aproximada de 600 km de la Tierra.

Su misión durará unos dos años y su principal objetivo es estudiar las fuentes de rayos X de alta energía del centro de la Vía Láctea para detectar la presencia de posibles agujeros negros, lo que, entre otras cosas, ayudará a los científicos a conocer la evolución de las galaxias con el tiempo.

Pero todavía nos quedan algunas preguntas que surgen al pensar en estos objetos, ¿son los agujeros negros inmutables, duran para siempre? Y sobre todo ¿juegan algún papel importante en la evolución del Universo?

La primera pregunta fue contestada por Stephen Hawking en 1976 cuando postuló que estos objetos podrían emitir partículas, idea que le habían transmitido tres años antes los científicos rusos Yakov Zeldovich y Alexander Starobinsky.

Hawking demostró que los agujeros negros podían formar pares de partículas, de las cuales alguna podría aparecer fuera del horizonte de sucesos –el límite del campo de acción del objeto– y, por tanto, escapar. Esta emisión, denominada Radiación de Hawking, es un suceso muy lento pero importante en la escala de tiempo del Universo, lo que haría que su masa se dispersase poco a poco hasta que llegase a desaparecer.

Y respecto a nuestra última pregunta, sobre el papel que pueden jugar estas entidades estelares con el fin del Universo, las controversias científicas continúan, pues si estamos inmersos en un Universo abierto –otros piensan que es de tipo cerrado– los agujeros negros irían devorando poco a poco toda la materia estelar a su alcance e incluso fusionándose unos con otros, hasta quedar uno único que también desaparecería con el tiempo por emisión de la Radiación de Hawking que comentábamos más arriba. Pero esto no ocurrirá antes de al menos un trillón de años, que es un período bastante largo.

 

Simulación del continuo espacio-tiempo con un agujero de gusano conectando dos lugares muy distantes entre sí.

Concluyamos con una última propuesta, ¿y si fuera cierto lo que especulan algunos científicos de que a través de la ergosfera del agujero se podría entrar en una zona espacio-temporal con forma de túnel que los científicos denominan agujeros de gusano, que conectaría estos objetos con otros denominados agujeros blancos de los que podríamos emerger situándonos en otra región distante del Universo o quizás en otro tiempo?

 Eso, eso es otra historia

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3 Comentarios

  1. Bravo

    La verdad no sabía esto de los “agujerillos negros” No solamente curioso sino también inquietante, como casi todo lo que nos cuenta nuestro querido Ángel R.C. Enhorabuena

    • Angel Rodriguez Cardona

      Siempre es un placer disfrutar de lectores tan curiosos e inquietos.
      Muchas gracias.

  2. KATHY RIVERA

    EL HOMBRE AL CREER SER INVENTOR DE GRANDES OBRAS, TRATA DE DESCUBRIR O EXPLICAR LAS COSAS QUE SIN DUDA NO LE SON DE SU PROPIEDAD, EL MISMO UNIVERSO, ES UNA DE LAS OBRAS MAJESTUOSAS DE DIOS, AL QUERER IGUALARSE A EL CREANDO VIDA, FALLAN EN TODO SUS INTENTOS. APRECIEMOS ESTE TIEMPO Y LAS COSAS NATURALES QUE NOS RODEAN, Y EVITEMOS PENSAR COMO SE ORIGINARON LAS MARAVILLAS DE LAS NATURALEZA, PUESTO SIEMPRE SALDREMOS EN DUDA.

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