Agujeros negros (II): guía para perplejos

Miguel Santander García / 09-09-2009

En la última entrega de la guía para perplejos sobre los agujeros negros, mi amigo se mostraba alarmado sobre la posibilidad de que un agujero negro creado por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, Large Hadron Collider) devorara la Tierra.

- La semana pasada hablabas de un agujero negro como "un objeto tan masivo"... o sea, estamos hablando de masas enormes, parecidas a las del Sol. Entonces, ¿qué ocurre con ese miedo de que el LHC pudiera crear un agujero negro que se tragara la Tierra? ¿De dónde se iba a sacar tanta masa como para crearlo? Porque imagino que será un temor infundado, ¿no?

Me mira con gesto alarmado. El agujero negro del LHC, los cuatro jinetes del apocalipsis... sonrío ante las posibilidades del imaginario colectivo.

- Bien pensado... pero nota que además de "tan masivo" también dije "a la vez que pequeño". Mediante la colisión de partículas a velocidades relativistas se podría crear un microagujero negro, sí. Es cierto. Pero no creo que se tragara nada. Esas preocupaciones alarmistas, efectivamente, son una muestra más del sensacionalismo periodístico cuando no hay nada más interesante que contar.

- ¿Seguro?

- Completamente. Las reacciones y energías que se van a estudiar en el LHC ocurren permanentemente en la alta atmósfera como consecuencia del continuo bombardeo de rayos cósmicos, y aún estamos aquí. Y además, recuerda lo que dije antes: un agujero negro de la masa de la Tierra tendría el tamaño de una canica; los microagujeros negros que podría crear el LHC serían muchísimo más pequeños que un núcleo atómico... y recuerda que entre un núcleo atómico y su vecino hay un vacío comparable en escala al que existe entre las estrellas. De hecho, estoy seguro de que podrías pasar la mano a través de un microagujero negro y no te ocurriría nada. Igual que los neutrinos que atraviesan constantemente la Tierra y a nosotros mismos sin que nada nos suceda.

- Eso es como lo de poner la mano en el fuego, pero a lo bestia...

- Por no mencionar que los agujeros negros se evaporan poco a poco. Un microagujero negro se disiparía tan rápido que una millonésima de segundo a su lado sería toda una eternidad. Así que, siento - o no, en realidad- desilusionar a los agoreros del fin del mundo, pero parece que la causa no será un microagujero negro esta vez.

Mi amigo enarca las cejas, contrariado.

- ¿Se evaporan? Si tengo los conceptos claros, el agua de la superficie de un vaso, cuando se evapora, abandona el vaso. ¿Y no habíamos quedado en que nada podía abandonar un agujero negro?

- Vaya, ¡veo que no me pasas ni una! La evaporación es un efecto cuántico. Si la naturaleza estuviera descrita exactamente por la Relatividad General, creemos que nada podría escapar del agujero negro. Nada, absolutamente. Pero el mundo, a pequeña escala, es cuántico, y la mecánica cuántica permite que ocurran cosas que jamás creerías. El vacío alrededor del agujero negro no es un lugar tranquilo y aburrido; allí se crean y se aniquilan continuamente partículas "virtuales". Pero a veces, una de estas partículas cae hacia el agujero negro y es absorbida, dejando a su compañera, que se alejaba, sin otra alternativa que pasar del mundo "virtual" al real.

- ¿Cómo? ¿Que se crea una partícula, así como así?

- Bueno, desde lejos diríamos que fue el agujero negro el que emitió esa partícula. En este proceso, que llamamos evaporación, la energía del agujero negro disminuye hasta que finalmente se disipa por completo. Eso ocurre, en el caso de un microagujero negro, en un plis plas. En cambio, por si te lo preguntas, un agujero negro de masa estelar tarda en evaporarse un tiempo muy superior a la edad del Universo, por lo que en la práctica vive indefinidamente.

Mi interlocutor guarda silencio, como si no se lo creyera. Le muestro las palmas.

- Esta idea que parece una broma está apoyada por toda la teoría cuántica de campos: es la radiación de Hawking.

- Vale... - acepta-. Y no será el único efecto cuántico de esos incomprensibles, claro...

- Pues no. El carácter único de los agujeros negros, con su singularidad, plantea cuestiones que realmente aún no entendemos. Por ejemplo, según la teoría clásica, un agujero negro "no tiene pelo".

- ¿Cómo, que es calvo?

- Bueno, es una manera de decir que el único recuerdo que un agujero negro tiene de la materia que ha caído en él es su masa, su momento angular y su carga eléctrica. Nada más. La información que pudiera estar contenida en dicha materia se pierde para siempre.

- ¿Y?

- Y sin embargo, la mecánica cuántica prohíbe esta pérdida irreversible de información, de manera que lo que ocurre realmente no está nada claro. Esto es lo que se conoce como paradoja de la información en los agujeros negros.

- Uf, suficiente para mí - hace una pausa- . ¿Y algún otro efecto, a una escala más... práctica?

- El más curioso que se me ocurre es el proceso de Penrose: si tuviéramos una nave orbitando un agujero negro en rotación (o sea, cualquiera que provenga de una estrella), podríamos lanzar una cápsula con nuestra basura de manera que pasara rasante al agujero, internándose en una región en torno al horizonte de sucesos llamada ergosfera, en el interior de la cual el agujero negro obliga al espacio-tiempo a girar en su mismo sentido. La cápsula expulsaría la basura allí dentro y saldría despedida con más energía de la que traía (incluyendo la energía de la materia que componía la basura). ¡Luego sólo quedaría recoger la cápsula y acumular la energía extra!

- Espera un momento. ¿Me estás diciendo que si fuéramos capaces de convertir toda la materia de la basura en pura energía e imprimírsela a la cápsula, llegaría a nosotros con menos energía que con el proceso Penrose?

Asiento en silencio.

- ¡Pero eso es imposible! La fisión nuclear aprovecha tan sólo el 0,1% de la energía contenida en los átomos que rompe... ¿con el proceso de Penrose no sólo es 100%, sino aún más? ¡No tiene sentido! ¿De dónde sale la energía que me falta?

No contesto, dejando que sea él quien llegue a la única conclusión posible.

- Del agujero negro - murmura, boquiabierto.

- Pues sí. ¡Al fin una fuente de energía inagotable y tan ecológica que da cuenta además del problema de los desechos! Lástima que los agujeros negros queden tan a desmano...

- ¿Y no se recorrían antes miles de kilómetros en busca de seda y especias? - exclama entusiasmado- Eso sería una buena razón para viajar a un agujero negro si alguna vez se puede... y ahora que lo pienso, me pregunto cómo sería un agujero negro de cerca... ¿qué es lo que veríamos (o lo que no veríamos) desde nuestra nave espacial?

Con una sonrisa, acepto gustoso la invitación a hacer el viaje imaginario.

- Si lo orbitáramos lo suficientemente cerca, desde la seguridad de nuestra nave espacial veríamos una pequeña región, tanto más grande cuanto más cerca estuviéramos, completamente vacía de estrellas, de una negrura absoluta. Y su borde estaría en cambio plagado de puntitos luminosos, duplicados de estrellas que están realmente detrás del agujero negro, cuya luz ha rodeado el agujero rozando su borde y ha llegado hasta nosotros. Todo eso iría girando, como en una complicada coreografía, según avanzáramos en nuestra órbita.

- Un espectáculo digno de verse, sin duda... ¿Y si nos acercamos más?

- Eso ya sí que sería peligroso... Pero lo bueno de la imaginación es que podemos hacer el viaje igualmente - digo, y hago una pausa- . De acuerdo, digamos que tú te lanzas directamente al agujero en una cápsula mientras yo te observo caer desde nuestra nave en órbita, lejos.

- Vale.

- Como sabes, la Relatividad General interpreta la gravedad como la curvatura espacio-temporal que produce la materia a su alrededor, como curvaría una bola de bolos una lona de bomberos si la ponemos encima (de hecho, esa curvatura es una nueva reformulación de la teoría de la gravitación universal: si hacemos rodar una pelota de golf sobre la lona, será "atraída" por nuestra bola de bolos). Pues bien, cuanto más masivo sea el objeto, más curva el espacio-tiempo; en el caso de un agujero negro, la curvatura es tan grande, que hunde la lona hasta el infinito en su centro, punto que llamamos singularidad.

- ¿Hasta el infinito? - dice frunciendo el ceño.

Me encojo de hombros.

- Sí. Por eso se llama singularidad: un punto donde nuestra descripción física de la naturaleza no está bien definida.

- Pero eso es una teoría, ¿no?

- Sí, una teoría cuyos demás efectos se han observado y confirmado en multitud de ocasiones. Y lo curioso es que esta curvatura no se limita al espacio, sino también al tiempo.

- ¿Al tiempo?

- Sí, recuerda que, como predice la Relatividad, el espacio y el tiempo están íntimamente ligados. Pero a lo que íbamos: tú te lanzas al agujero, y yo me quedo observándote. Para ti el viaje durará, pongamos, una hora, hasta que cruces el límite del agujero negro, que llamamos horizonte de sucesos, y te internes en él. Pues bien, desde mi punto de vista, tú te alejarás poco a poco, cada vez más despacio, cada vez más cerca del horizonte de sucesos... y sin embargo, nunca te veré cruzarlo y desaparecer.

Mi amigo abre bien los ojos.

- Nunca - insisto- . No importa que espere horas, días, años o milenios; para mí siempre estarás ahí colgado frente al agujero, quieto como un muerto.

- Porque hará siglos que habré muerto.

- No, no. Desde tu punto de vista tú habrás cruzado el agujero como si nada; es simplemente que tu tiempo propio transcurre de una manera muy diferente al mío. Yo necesitaré un tiempo infinito para igualar la duración de una hora que, desde tu perspectiva, a ti te llevó el viaje. Tú estarás vivo todo el rato para mí, sólo que congelado en el tiempo como una película a cámara superlenta.

Aguardo un minuto en silencio a que digiera dicho concepto, tan absolutamente ajeno a la realidad cotidiana e intuitiva en la que nos movemos, pero no por ello menos real. Luego añado:

- Y además de eso, veré la luz de tu cápsula cada vez más desplazada hacia el rojo, como si te alejaras cada vez más rápidamente, aunque para mí estés deteniéndote poco a poco.

- ¿Eso era el efecto Doppler, no? La sirena de una ambulancia que se acerca se oye más aguda que cuando se aleja.

Asiento.

- Justamente. En este caso lo llamamos corrimiento al rojo gravitatorio. A la luz le cuesta gran trabajo escapar de las inmediaciones del agujero negro, salir del "pozo".

- Qué mundo tan extraño... Y a mí, ¿qué me espera a mí al caer en el agujero negro?

- Tú caerías inexorablemente (y bastante rápido) hacia el horizonte de sucesos, y tu destino estaría sellado... En realidad - confieso- , cuando hace un momento dije que estarías vivo, me he callado un pequeño detalle: las tremendas fuerzas de marea del agujero negro te habrían comprimido y estirado en una suerte de espagueti finísimo, hasta literalmente despedazarte, primero a ti, y finalmente hasta a los átomos que componían tu cuerpo.

- Ah, vale. Ya veo por qué no querías lanzarte conmigo. Con amigos como tú... en fin, ¿y si nos olvidamos de ese "pequeño detalle"?

- Sí, ¡no dejemos que la realidad nos estropee la diversión del viaje! Al acercarte cada vez más al agujero, la región opaca que delimita su horizonte de sucesos crecería ante ti, ganando terreno a todo lo demás, estrellas y galaxias, que se irían desplazando, hacinándose poco a poco, a tu espalda, cada vez más azuladas. Cuando el abismo negro del agujero ocupara la mitad delantera de la esfera celeste ante ti, y las estrellas que antes veías delante, cerca del agujero, estuvieran apiñadas en algún sitio a tus espaldas, en ese momento, estarías cruzando la esfera de fotones.

- ¿Esfera de fotones?

- Una esfera que rodea por fuera al horizonte de sucesos, donde la luz puede estar atrapada en una órbita circular a su alrededor, eternamente. De hecho, si pudieras detenerte allí un momento, y mirar hacia un lado, podrías verte la espalda.

- Increíble... ¿y más allá?

- Más allá cruzarías el horizonte de sucesos, y en ese momento sería demasiado tarde para darte la vuelta, pues necesitarías una cantidad literalmente infinita de energía. Entonces la negrura del agujero te envolvería, cerrándose en torno al Universo observable que antes veías detrás de ti.

- ¿Y entonces?

- Y entonces, nada - digo, encogiéndome de hombros- . Llegarías a la singularidad.

- ¿Y allí?

- Allí no tenemos ni idea de qué es lo que puede ocurrir. Pero si el agujero negro está rotando (ya que proviene del colapso de una estrella que rota, y el momento angular necesariamente ha de conservarse), hay varias soluciones a las ecuaciones que describen la geometría del agujero negro, algunas muy curiosas.

- ¿Por ejemplo?

- Por ejemplo, y ya que estamos fantasiosos, los agujeros de gusano: túneles que conectarían un agujero negro con otro blanco (que escupiría materia y luz en lugar de absorberla) en otro lugar... y en otro tiempo.

- ¿O sea que se puede viajar en el tiempo usando un agujero negro como máquina, siempre y cuando no seas previamente despedazado por él? - dice, y sacude la cabeza- . Creo que prefiero el Delorean de “Regreso al Futuro”...

- Y yo, al menos tenemos la seguridad de que aquel funcionaba en la película.

- ¿Qué quieres decir? ¿Que ni siquiera es seguro?

- Justamente: el que la solución de los agujeros de gusano sea matemáticamente válida no quiere decir que estos deban existir, igual que no tiene sentido el tiempo negativo que obtienes al resolver la ecuación de segundo grado del tiempo que tardará una pelota en llegar al suelo si la lanzo hacia arriba. Por no mencionar que no hemos observado agujeros blancos en ninguna parte, claro.

- Pero sin embargo nunca estaremos seguros, con semejantes e inexpugnables monstruos...

- Seguramente no. Pero... ¿para qué preocuparse? Siempre nos quedará la ciencia ficción para resarcirnos, ¿no?

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Multimedia

  • “La botella al Bang”“La botella al Bang”Animación sobre el funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)
    Producido por CERN Audiovisual Service
    Director: Chris Mann/CERN

El autor

Miguel Santander García es Doctor en Astrofísica e investigador postdoctoral en el Observatorio Astronómico Nacional. Escribe ciencia-ficción, a finales de año se publica su primera novela "La Costilla de Dios", y mantiene el blog "Tras el horizonte de sucesos".

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  • Agujero negro
  • Atmósfera
  • Rayos cósmicos
  • Relatividad
  • Efecto Doppler
  • Corrimiento al rojo o redshift