AGUJEROS NEGROS (Año de la Astronomía)

Por el profesor Don Daniel Osuna (Astrofísico)

Los agujeros negros son los objetos más enigmáticos y perseguidos tanto por astrónomos como para el público neófito. Están rodeados por un halo de misterio que les hace especialmente atractivos para el gran público. Constituyen, de algún modo, el Santo Grial de la astronomía.

Concepto

Para comprender qué es un agujero negro, debemos retroceder un par de siglos. En el siglo XVIII, Pierre Simon de Laplace predijo la existencia de estos objetos y apuntó la hipótesis de la existencia en el Universo de cuerpos de una densidad tan elevada que tendrían una velocidad de escape superior a la de la luz. En tal caso, ni la luz conseguiría huir de la fuerza de atracción de tales cuerpos y, por lo tanto, permanecería atrapada para siempre en el interior de su campo gravitatorio. Dado que un cuerpo así no podría emitir luz, resultaría completamente invisible y podríamos imaginarlo únicamente como un gran agujero, negro en lo que a observación se refiere.


Teorías modernas

Sin embargo, en los primeros años de este siglo, con la aparición de la teoría de la relatividad general de Einstein, se descubrió que el espacio y el tiempo están afectados por la presencia de cuerpos masivos, y que el campo gravitatorio es equivalente a una distorsión del espacio-tiempo. Este concepto fue desarrollado por el físico alemán Kart Schwarzschild, que puso las bases matemáticas de la teoría de los agujeros negros.

En este contexto, se podía justificar la idea de que la luz está también sujeta a la acción de la fuerza de la gravedad. Con casi dos siglos de anticipación, Laplace ya había tenido (aunque probablemente sin él saberlo) una de las intuiciones más importantes de la historia de la física.

¿De dónde proceden los agujeros negros y cómo se forman?

Los agujeros negros, que desde 1967 deben su nombre al astrofísico estadounidense John Wheeler. No son más que el producto final de la evolución de estrellas de gran masa (aproximadamente una masa superior a 10 masas solares).

Formación de agujeros negros

La existencia de una estrella se basa en un delicado equilibrio entre la presión hacia el exterior, ejercida por la radiación que producen las reacciones nucleares que tienen lugar dentro de ella, y la presión hacia el interior debida a su propia masa. No obstante, esta condición no es estable, aunque con el tiempo sufre diversos ajustes. En realidad, a medida que se agotan las reservas de hidrógeno, se atenúa también la presión centrífuga de la radiación, y la estrella va hacia una nueva contracción gravitatoria. Entonces, la temperatura central sufre un nuevo aumento y se inician nuevas reacciones de fusión que, esta vez, utilizan los productos de las reacciones anteriores. De esta manera, la contracción gravitatoria se bloquea y la estructura interna de la estrella vuelve a estabilizarse.

A lo largo de su vida, la estrella pasa muchas veces por fases similares, pero cada vez son más breves. Cuando la estrella ha agotado todas sus reservas de combustible nuclear y ya no son posibles más reacciones, va hacia su última y definitiva contracción. En la práctica, es un paso que supone la muerte de la estrella. Ya en este punto, su destino viene determinado únicamente por la masa.

· Si la estrella tiene una masa inferior a pocas masas solares, continúa contrayéndose hasta apagarse lentamente.

· Si la masa es muy grande, de al menos 10 masas solares, su muerte ocurre de una forma mucho más espectacular. La estrella moribunda acaba su existencia con una enorme explosión durante la cual emite en pocos segundos tanta energía como la que puede emitir el Sol en toda su vida. Un acontecimiento así se llama explosión de supernova, y produce inmensas nubes de gases en expansión, que son las capas más externas de la estrella arrojadas al espacio.

Pero la estrella deja tras de sí una huella más lábil de su existencia: con la explosión, su núcleo sufre lo que se llama un colapso gravitatorio completo, durante el cual toda la masa que queda se agrega en una esfera de dimensiones extremadamente compactas y de una densidad igual a 10.000 veces la del núcleo atómico. Se trata, en realidad, de una masa equivalente más o menos, a 10 veces la del Sol, concentrada en una esfera de pocos kilómetros de diámetro. Se forma de este modo un agujero negro.

La distorsión del espacio-tiempo

Los agujeros negros representan un formidable laboratorio natural en el cual los científicos pueden verificar las hipótesis más avanzadas de la física teórica. Según la teoría de la relatividad general, las leyes de la física están influidas por el campo gravitatorio local.

· El paso del tiempo se produciría con ritmos diversos en presencia de campos gravitatorios de diferente intensidad. Por ejemplo, el tiempo transcurriría más lentamente en las proximidades de un agujero negro que del Sol.

· El espacio en torno al agujero negro se vería distorsionado. Así, el camino más corto entre dos puntos en las cercanías de un agujero negro no sería la línea recta, sino una curva que viene determinada por su masa.

¿Qué hay en el interior de un agujero negro?

Se trata de una pregunta que, durante mucho tiempo, quizás para siempre, quede sin respuesta exacta.

Las condiciones físicas en el interior de un agujero negro son tan diferentes de cualquier realidad reproducible de forma experimental, que harán que cualquier tipo de previsión resulte muy osada. Por este motivo, surgen muchas teorías que es difícil confirmar o desmentir.

Entre las más audaces, cabe mencionar la hipótesis según la cual los agujeros negros, por el hecho de distorsionar de una manera tan sensible el espacio y el tiempo, representan una especie de punto de paso entre dimensiones diferentes. En particular, si se penetrara en uno, se saldría en otro agujero negro y, por tanto, en otro punto diferente del espacio-tiempo. Por esto, hay quien abriga la convicción de que los agujeros negros pueden constituir un medio para viajar por el espacio a velocidades instantáneas o, incluso, viajar en el tiempo. Naturalmente, en estos casos resulta bastante difícil establecer un límite exacto entre la especulación teórica y la fantasía.

En base a la física, la hipótesis más creíble que conocemos es que cualquier objeto que se precipitase a un agujero negro, quedaría destruido por su inmenso campo gravitatorio.


Agujeros Negros por el profesor Don Daniel Osuna (GGTT Aplicaciones Educativas Multimedia a la Física y Química de Secundaria) IES “Antonio Mª Calero” con motivo del AÑO INTERNACIONAL DE LA ASTRONOMÍA