Ni siquiera la luz puede nadar lo bastante rápido para escapar

Christine Done: “Ni siquiera la luz puede nadar lo bastante rápido para escapar
de un agujero negro”
Done explica que cuando era una niña en la tele pasaban Star Trek y que ella
quería ser Spock, el científico, el que comprende las cosas. Así que estudió
física en la escuela y después fue a la Universidad a investigar los agujeros
negros.
Los agujeros negros siempre han estado allí para usted…
Hice mi doctorado en Cambridge sobre la producción de materia-antimateria
alrededor de los agujeros negros. Y después fui a trabajar al NASA Goddard
Space Flight Center, en Estados Unidos. Mi doctorado había sido
principalmente teórico, pero allí comencé a investigar con datos procedentes
de agujeros negros que acretan. Cuando la materia se precipita dentro de
un agujero negro, se genera energía gravitacional en grandes cantidades que
sale en forma de radiación de alta energía. De modo que observando en
rayos X puedes ver objetos en el cielo muy distintos al Sol, objetos que liberan
rayos X en abundancia: un brillante flujo de acreción que llega al horizonte de
sucesos y desaparece para siempre.
¿Es el horizonte de sucesos el límite a partir del cual ya no se ve nada?
Sí, conozco una analogía muy buena. Si te diriges hacia unas cataratas, por
ejemplo las del Niágara, y pretendes alejarte nadando, estás limitado por la
velocidad a la que eres capaz de nadar. Si el agua avanza más velozmente
que tú, vas a caerte por la cascada, hagas lo que hagas. El horizonte de
sucesos es parecido, un lugar en el que el mismo espacio desciende a la
velocidad de la luz. Nada puede ser más veloz que la luz, así que caes, incluso
si alcanzas su velocidad. Ni siquiera la luz puede nadar lo bastante rápido para
escapar de un agujero negro.
¿Sabemos con certeza que los agujeros negros existen?
Es complicado ver un agujero negro sobre un fondo negro, pero existe un lugar
donde podemos hacerlo: en el centro de la Vía Láctea. Hay estrellas cerca del
centro de nuestra galaxia cuyo movimiento, causado por la gravedad del
agujero negro, puede ser observado con buenos telescopios. Si tomas una
imagen cada seis meses ves cómo orbitan a su alrededor. Son como los
planetas en órbita alrededor del Sol. Es posible deducir el objeto alrededor del
cual giran las estrellas, y resulta que se trata de algo con una masa que es
cuatro millones la solar, pero ninguna luz sale de eso y es muy pequeño. Si no
se trata de un agujero negro no tenemos ni idea de qué puede ser.
¿Cuáles estudia usted?
Yo apuesto por aquellos fáciles de distinguir. Buscar un agujero negro sobre un
fondo negro… ¡mejor no hacerlo! Si hay materia cayendo en su interior, ésta es
muy brillante, se genera mucha energía. Es como una central hidroeléctrica en
tierra: se libera mucha energía cuando los objetos caen por gravedad.
Y esa energía incide en la materia y hace que brille en rayos X. Así que cuando
observas el cielo en esta longitud de onda distingues la materia brillando
intensamente en rayos X mientras se precipita en el agujero negro.
¿Dónde está el agujero negro más próximo? ¿En el centro de la Galaxia?
No. El que se encuentra en el centro de la Vía Láctea es bastante grande, se
trata de un agujero negro supermasivo, pero los que se originan por el colapso
de una estrella, con masas unas diez veces la de nuestro Sol, surgen en
cualquier lugar donde se formen grandes estrellas, por ejemplo en los brazos
espirales de nuestra galaxia había grandes estrellas que colapsaron dando
lugar a agujeros negros. El más cercano que conocemos se encuentra a unos
8.000 años luz de distancia.
¿De cuántos agujeros negros tenemos noticia?
Conocemos unos treinta en nuestra galaxia, que corresponden a estas estrellas
colapsadas que acretan material de una compañera. Pero es bastante
complicado que el agujero negro esté suficientemente próximo a su
compañera para que este proceso tenga lugar. Seguro que hay muchos que
no lo están o que no tienen una compañera: estos no podemos detectarlos.
También sabemos de la existencia de nuestro agujero negro supermasivo.
En el resto del Universo muchas galaxias tienen un agujero negro en el centro,
unas cien millones, y además en su propia población de estrellas también
deben tener estos pequeños agujeros negros de masa estelar.
¿Se convertirá el Sol en un agujero negro?
El Sol no posee masa suficiente para convertirse en un agujero negro. Una
estrella como él es muy estable. En su interior tienen lugar reacciones
nucleares: cuatro átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a uno de
helio. Los cuatro iniciales son ligeramente más pesados que el átomo de helio
final. Como la masa y la energía son equivalentes, se pierde algo de masa y
entra algo de energía, esto es lo que permite que el Sol se mantenga caliente,
es la fuente de energía para el gas, la presión expulsa, la gravedad tira, y todo
permanece estable. Pero el hidrógeno es finito, un día se va a acabar y, como
la gravedad no se agotará nunca, continuará tirando.
Al no ser muy masivo el Sol puede, en sus diferentes estadios, impedir el
colapso del núcleo por la gravedad. Pero una estrella muy masiva no, y no
conocemos nada capaz de evitar su implosión en un agujero negro. Una
estrella con una masa veinte veces la solar colapsaría en un agujero negro,
pero nuestro Sol no lo hará.
¿Si colapsara nos aspiraría?
Piensa en la gravedad como en un espacio curvo. Un trampolín es plano, pero
si pones masa encima su superficie se curva y una pelota se deslizaría
haciendo una curva. Si apelmazas la masa en una volumen menor del que
ocupaba, no cambia la curvatura del espacio, simplemente se podrá uno
acercar más al centro, pero la curvatura en el lugar en que te encontrabas es
la misma. Seguiría en la misma órbita si el Sol colapsara en un agujero negro,
lo que no hará. Por tanto, la Tierra no se vería afectada en este sentido:
continuaría con su órbita. Por supuesto, la luz solar desaparecería y todo
moriría, pero aparte de este pequeño detalle, ¡estaríamos bien!
¿Sobre qué temas pregunta la gente en sus conferencias?
Sobre agujeros negros, viajes en el tiempo… En ciencia ficción aparecen con
frecuencia. El tiempo no es un marco inamovible: sabemos desde Einstein que
el espacio y el tiempo están relacionados, así que si curvas el espacio
drásticamente también curvas el tiempo.
Si pudieras orbitar cerca de un agujero negro durante un rato y regresar (tu
cohete es muy potente) porque no has traspasado el horizonte de sucesos
serías menos viejo que alguien que hubiera permanecido alejado, pues
habrías envejecido a un ritmo distinto: en un campo gravitatorio muy potente
el tiempo se condensa.
Por supuesto lo más divertido sería utilizar los agujeros negros como agujeros de
gusano para ir a otro lugar del Universo. Quizás si el espacio es curvo puedas
atravesar un agujero negro como un atajo para evitar un trozo del Universo, y
desplazarte así a otro punto o incluso a otro universo. Esto es imposible: serías
aspirado por el agujero negro, no podrías salir por el otro lado, y además serías
aplastado por las fuerzas de marea.
¿Cómo comprueba las teorías?
Utilizamos los datos obtenidos en rayos X para tratar de entender si lo que
estamos viendo es el tipo de cosas que la teoría de la gravedad de Einstein
nos predice. En la teoría newtoniana puedes orbitar en cualquier lugar,
simplemente te moverás más rápido (Mercurio gira más rápidamente que la
Tierra, por ejemplo). Así que según Newton es posible orbitar justo fuera del
horizonte de sucesos, sólo tendrías que ser muy veloz.
Pero según Einstein no es posible viajar más rápido que la velocidad de la luz,
así que no puedes orbitar demasiado cerca. Y no es únicamente la velocidad
de la luz la que te lo impide. La gravedad de Einstein es más fuerte que la de
Newton. De hecho sólo puedes orbitar hasta una distancia mínima, bastante
cerca del horizonte de sucesos. El disco de acreción, llegado a este lugar, no
puede continuar en una órbita estable, y se precipita en el agujero negro.
Se puede buscar la firma del disco en ese punto en que deja de ser el disco
que emite energía gravitacional, y cae. Es una prueba de la gravedad de
Einstein en el límite de un campo fuerte. Se pueden buscar pruebas de la
veracidad de la teoría de la gravedad de Einstein en el Sistema Solar o en
estrellas de neutrones, pero la gravedad en un agujero negro es la más fuerte
posible, y su comportamiento da validez a lo que Einstein predice.
¿Cómo vive el gran interés que despiertan los agujeros negros?
Es genial, nunca tengo que explicar por qué me dedico a esto. Nadie me
pregunta por qué investigo los agujeros negros.