Los abismos oscuros del Cosmos

Los chorros que se aprecian en la imagen son electrones expulsados del centro de la galaxia. En azul, las emisiones de rayos X, en naranja la banda milimétrica, y en imagen óptica, las estrellas que se ven en la imagen. Imagen: Rayos X - NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. Submilímetro - MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. Visible - ESO/WFI.

Los chorros que se aprecian en la imagen son electrones expulsados del centro de la galaxia. En azul, las emisiones de rayos X, en naranja la banda milimétrica, y en imagen óptica, las estrellas que se ven en la imagen. Imagen: Rayos X – NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. Submilímetro – MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. Visible – ESO/WFI.

Un agujero negro es cada parte conexa en una superficie de Cauchy S del complementario en S del pasado causal de la hipersuperficie luz futura. ¿Estás confundido? Tranquilo, no estás solo.

Sacar de contexto una expresión puede ser peligroso. En la Biblia puede leerse, sin trucos de saltarse palabras, la siguiente frase: “Dios no existe”. El problema para quienes crean ver en esto una prueba de tal afirmación, es que la sentencia no termina ahí. La frase completa reza, “Dios no existe, dice el impío”. Algo similar ha ocurrido con el físico británico Stephen Hawking, que recientemente ha publicado un artículo del que se han sacado conclusiones y titulares precipitados. En ese artículo, Hawking dice: “Los agujeros negros no existen”, pero la frase continúa. La polémica no ha tardado en saltar. Veamos que ha querido decir en realidad.

Recientemente, expertos y medios de comunicación se han hecho eco de las palabras escritas por el físico teórico británico Stephen Hawking, a propósito de los agujeros negros. Como decíamos más arriba, en el artículo de Hawking puede leerse que tales estructuras del Cosmos, no existen, lo que es tanto como negar la realidad de las observaciones que los astrónomos del mundo entero llevan haciendo desde hace décadas, aunque las predicciones a propósito de algunas características de estos objetos, se remontan al siglo XVIII.

En 1784, sin que por entonces fueran conocidos con ese nombre, algunos científicos ya estaban describiendo algunas de sus características. John Michell dejó escrito en aquella fecha, que si el Sol fuera 500 veces más denso, la luz no podría escapar de él.

Sin embargo, la formulación moderna de los agujeros negros viene del siglo pasado. John Wheeler acuñó el término en 1967 y Subrahmanyan Chandrasekhar y William Fowler, premios Nobel de física en 1983, propusieron con acierto, que una estrella con masa 10 veces mayor que la del Sol, acabará colapsando y formando un agujero negro.

Hércules A es una galaxia aparentemente aburrida, vista con un telescopio en el óptico convencional, pero cuando se estudia en ondas de radio, se ven los electrones expulsados a una velocidad gigantesca desde el centro de la galaxia. Imagen: NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Hércules A es una galaxia aparentemente aburrida, vista con un telescopio en el óptico convencional, pero cuando se estudia en ondas de radio, se ven los electrones expulsados a una velocidad gigantesca desde el centro de la galaxia. Imagen: NASA, ESA, S. Baum and C. O’Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Definir qué es un agujero negro puede ser tremendamente complicado, como veíamos más arriba, o algo más fácil. Es un objeto estelar cuya velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz. Por eso ni siquiera la luz sale de él. Tendría que ir más rápida que sí misma. El problema de estos monstruos cósmicos no son ellos en sí, sino las paradojas que representan para nuestro incompleto modelo de conocimiento del universo, cuando combinamos la teoría de la relatividad de Einstein y la mecánica cuántica.

Horizontes de sucesos

Si algo define a un agujero negro, además de su velocidad de escape, es el llamado horizonte de sucesos. Los agujeros negros son como niños glotones que tienen a mano un montón de chucherías. Cuando las golosinas están cerca, pero aún fuera de su boca, podemos distinguirlas (bombones de chocolate, chicles, caramelos…). Los dulces del niño, son en realidad planetas, estrellas que se mueven a gran velocidad alrededor de algo invisible, cúmulos de gas y polvo que giran atraídos hacia un centro oscuro,… pero, en el momento en que esas golosinas son llevadas hacia la boca por la invisible mano de la fuerza de gravedad, y se cierran los labios, es decir, en el momento en que pasan más allá de lo que se conoce como horizonte de sucesos, no podemos saber nada más. Un planeta o una estrella una vez engullidas se convierten en masa, y desde fuera, es imposible saber si el niño se ha comido el bombón o la galleta. La información se pierde tras el velo de oscuridad del horizonte de sucesos. Nada podemos saber de lo que pasa tras él, porque ninguna información nos llega de allí, ya que ni la luz, puede escapar de él.

Esto que puede parecer trivial, representa en realidad un problema, porque el afán de los físicos es conseguir leyes universales, nunca mejor dicho, y esta pérdida de información contradice algunas de las normas.

NGC 6240, ejemplo de una colisión de galaxias, cada una de ellas con su agujero negro. En la imagen se ha combinado el óptico y el infrarrojo. Probablemente estos dos agujeros negros acabarán convirtiéndose en uno solo, como las galaxias en las que se encuentran. Imagen: NASA/CXC/MPE.

NGC 6240, ejemplo de una colisión de galaxias, cada una de ellas con su agujero negro. En la imagen se ha combinado el óptico y el infrarrojo. Probablemente estos dos agujeros negros acabarán convirtiéndose en uno solo, como las galaxias en las que se encuentran. Imagen: NASA/CXC/MPE.

Antes de Hawking se pensaba que si un lector, que tuviera en las manos, por ejemplo, el Quijote, caía tras el horizonte de sucesos, cada letra del libro, y lo que es más, cada átomo, serían “despedazados” y desordenados por el agujero negro, pero que de alguna forma, toda esa información podría ser reconstruida, y libro y lector volver a ser tal cual eran antes de entrar en el agujero.

Es decir, que se suponía que toda la materia aspirada por el agujero negro debería conservarse en algún lugar, hasta que en la década de los 70 el físico británico propuso que en realidad los agujeros negros sí dejan escapar algo. Se pudo comprobar que radian energía hacia el exterior, a la que se llamó radiación de Hawking, y en consecuencia podrían llegar a evaporarse llevándose consigo parte de lo engullido lo que, a su vez, haría imposible conservar la totalidad de la memoria de lo que hubiera caído tras el horizonte de sucesos.

Hawking, en un artículo que se basa en una conferencia impartida el pasado verano en el Instituto Kavli de física teórica, en Santa Bárbara, California, sugiere como solución al problema de la conservación de la información, que se interprete a los horizontes de sucesos, no como estructuras definitivas, sino como transitorias. “Horizontes aparentes” que retienen la información durante mucho tiempo, pero nunca de forma permanente, de modo que la información podría terminar por escapar, aunque quizá nunca podamos volver a reconstruir al Quijote y su lector en su orden exacto.

Otro problema es que el ritmo al que un agujero negro pierde esa energía es terroríficamente lento. Según explica Xabier Barcons, Investigador CSIC y presidente del Consejo de ESO “un agujero negro de la masa del sol irradiaría con una temperatura de 6 cienmillonésimas de grado absoluto, es decir, que un agujero negro de la masa del Sol tardaría en evaporarse 6 cuatrillones de veces la vida actual del universo”.

Para quien empiece a marearse con esta cifras, un último inconveniente añadido al artículo de Hawking es que no contiene ecuaciones, con lo que, de momento, hasta que se desarrolle el llamado Telescopio del Horizonte de Sucesos, y se consigan imágenes con una nitidez desconocida hasta hoy, es muy difícil probar estas ideas, que por otro lado, sólo representan una de las posibilidades de interpretación de una realidad aún no bien concretada.

Referencia:

S. W. Hawking (2014). Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes, arXiv:

Esta anotación ha sido realizada por Javier San Martín, (@SanMartinFJ) (@activatuneurona) y es una colaboración de Activa tu Neurona con el Cuaderno de Cultura Científica.

3 Comentarios

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Alejandro LópezAlejandro López

Excelente articulo

Elena BéjarElena Béjar

Qué excelente artículo. Muy explicito y entendible para novatos como yo. ! Maravilloso el Universo !

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