Un mito nunca es falso. Es una representación poética de lo que sabemos, lo que sospechamos y lo que ignoramos. Cuando cambia lo que sabemos, cuando nuestras sospechas parecen encabritarse ante nuevos abismos de misterios, es natural que el mito surja nuevamente como un instrumento alquímico de nuestra inteligencia. Entre las cosas nuevas que sabemos e ignoramos al mismo tiempo, una de las más aterradoras son los Hoyos Negros.
Cómo Nace un Hoyo Negro.
Para entender como nace un hoyo negro, tenemos que conocer un poco acerca del nacimiento y la muerte de las estrellas.
Los hoyos negros son las reacciones termonucleares en el interior del Sol las que sostienen las capas exteriores y aplazan el colapso gravitatorio. En las enanas blancas es la presión de los electrones arrancados de sus núcleos lo que sostiene a la estrella. En el caso de las estrellas de neutrones, la presión de los neutrones es la que compensa la gravedad. En el caso de estrellas que hayan sobrevivido a la explosión de supernova y cuya masa sea varias veces superior a la del Sol, no hay ninguna fuerza conocida que pueda impedir el colapso.
Este colapso se acelera rápidamente, la superficie de la estrella se mueve a velocidad cada vez mayor hasta que finalmente se desliza por una fisura que ella misma ha creado en el continuo espacio-tiempo; se convierte en un hoyo negro y se desaparece de nuestra vista y de nuestro universo.
Como Actúa un Hoyo Negro. La Curvatura del Espacio.
Albert Einstein demostró que un campo gravitacional en el espacio produce una distorsión, una curvatura en un continuo espacio-tiempo que depende de la masa del cuerpo que produce tal campo. Para visualizar esta distorsión conviene pensar en el espacio-tiempo como si fuera bidimensional, por ejemplo, una superficie plana.
Al poner un objeto en ese plano, la superficie se hunde, aparece una depresión que representa la curvatura del espacio-tiempo causada por el campo gravitacional del objeto. Mientras mayor es la masa del objeto mayor es la depresión. Cualquier cosa que se acerque lo suficiente a la depresión sufrirá, una alternación en un recorrido. Si no va a una velocidad suficiente y se acerca mucho al centro de la depresión, caerá al fondo de ella. Si va a la velocidad suficiente, no caerá, pero será desviado de la dirección recta que llevaba. Su nueva dirección será lo más recta posible, pero no del todo ya que la superficie misma está curvada. Este nuevo camino se llama una "geodésica" .
El Radio Schwarzschild.
Poco después que Einstein publicara su teoría general de la relatividad, el astrónomo alemán Karl Schwarzschild postuló que a cierta distancia —llamada ahora el "Radio Schwarzschild"—, de un hoyo negro, sucedían cosas extrañas debido a la geometría del espacio-tiempo: ni un objeto, ni siquiera la luz, puede escapar de la atracción del campo gravitacional del hoyo negro pasado el radio Schwarzschild.
El campo es tan fuerte que aún los rayos de la luz se curvarían tanto que cualquier luz emitida caería de vuelta a la masa central. Esto, por cierto, hace que el hoyo negro sea invisible.
Lo que pasa en las cercanías del radio Schwarzschild es diferente, según sea la posición del observador. Por ejemplo, si una nave espacial es llevada hacia el hoyo negro, un observador externo vería como va siendo arrastrada hacia algo invisible, pero a pesar de lo que avanza sería un viaje infinito hasta el centro, puesto que los relojes mecánicos y biológicos de la nave se percibirían como detenidos.
En la nave, sin embargo, no habría ese aparente lapso infinito de tiempo, y el espacio sería recorrido en un tiempo bastante corto. Al cruzar el radio Schwarzschild, el universo desaparecería para la nave que caería inexorablemente hacia el centro.
La "Singularidad"
¿Qué hay en el centro de un hoyo negro, adónde se ha ido toda esa masa?
Al principio los físicos preferían no pensar mucho en este problema porque las matemáticas daban una respuesta insatisfactoria. Decía que todo lo que es capturado por un hoyo negro, incluyendo su propia masa, era llevado a un punto llamado "singularidad" (singularity), justo en el centro.
No existen fuerzas físicas capaces de contrarrestar la inmensa gravedad de un hoyo negro. Los átomos se aplastan contra los átomos, los núcleos contra los núcleos, los neutrones contra neutrones, hasta que finalmente todo está en el mismo lugar, un punto infinitesimal. Pero, ¿es así realmente?
Los, físicos y los astrónomos están tratando de encontrar una manera de evitar encarar una singularidad en sus ecuaciones. Tales singularidades son sumamente incómodas y difíciles de manejar, ya que todas las leyes de la física y las reglas de la naturaleza se quiebran. No es posible decir qué es lo que pasa. No se sabe si desaparece la materia o si se reagrupa formando algo o si hace algo que ni siquiera podemos imaginar. Una vez que esta materia cae en una singularidad, no hay manera de saber que sucede.
Un Posible Escape.
En la década del 70 sin embargo hubo progresos en el estudio del problema de la singularidad. El físico británico Stephen Hawking intentó un nuevo acercamiento que combina la relatividad con la mecánica cuántica, la mecánica cuántica estudia las partículas y eventos subatómicos). En 1974 Hawking demostró que cuando se agregaban los efectos de la mecánica cuántica a las ecuaciones de la relatividad general que describían los hoyos negros, la singularidad podía no aparecer, los hoyos negros serían entonces capaces de crear partículas al tragarlas, y emitirían partículas elementales tales como electrones, neutrinos y fotones, en todas direcciones. Esta pérdida de material haría que la masa de un hoyo negro disminuyera, aumentando así la velocidad de emisión hasta que el hoyo negro finalmente explotaría.
Desafortunadamente los hoyos negros normales, es decir, tanto o más masivos que el Sol, demorarían un tiempo increíblemente largo en explotar de este modo, un tiempo mucho mayor que la edad del universo. Para los hoyos negros pequeños, en cambio, la escala de tiempo es más favorable. Las estrellas rotan. El Sol completa una rotación en veintinueve días, y hay estrellas que rotan aún más rapidas. Si una estrella de gran masa se convierte en un hoyo negro, éste también rotará, y la velocidad de rotación aumentará mucho durante el colapso. Así pues, un hoyo negro puede estar rotando a una velocidad increíble desde el momento en que desaparece a través de su radio Schwarzschild.
Cuando los físicos agregaron la rotación a sus ecuaciones, el resultado fue sorprendente. La rotación parecía eliminar la singularidad. Justo antes de ser aprisionada en una densidad infinita, la materia parecía detenerse y empezar a retroceder, invirtiendo el proceso de colapso. Los tripulantes de la nave, si pudiesen sobrevivir a las mareas gravitatorias y al flujo de radiación, verían abrirse su prisión lentamente hasta ser arrojados fuera. El cielo, que se había cerrado sobre ellos al traspasar en radio Schwarzschild, volverían a mostrar sus estrellas. Pero si sus amigos los estuvieran esperando afuera, esperarían en vano: las ecuaciones parecen decir que no sería a nuestro universo al que salen, sino a otro. El hoyo negro sería entonces, una especie de túnel que conecta universos distintos.
Los Hoyos Blancos.
El estallido de luz y materia que de pronto irrumpe a ese otro universo a sido llamado "hoyo blanco", y la conexión entre ambos universos, "agujero de gusano".
Tales agujeros conectarían un universo con otro, o tal vez, dos lugares sumamente distantes entre sí, de nuestro propio universo, si es que sólo existiera un universo. En ese caso nuestra nave podría aparecer en otro lugar del espacio y en otro tiempo. Todo esto, desde luego, no ha podido ser comprobado, y se mantiene en un plano teórico. Un conjunto de ecuaciones matemáticas puede tener varias soluciones sin que sean necesariamente representativas de un hecho real.
A mediados de los años 70 se demostró que los hoyos blancos, de existir, habrían estado allí desde los comienzos del universo, de modo que un hoyo negro tendría que colapsar en el lugar preciso que permitiera el traspaso de la materia hacia el hoyo blanco. Tal coincidencia es, virtualmente, imposible.
Los Quasar.
Sin embargo, existen los Quasar. Parecen estrellas y la mayoría son potentes fuentes de radio. Al principio se creyó que eran estrellas de nuestra galaxia pero las mediciones demostraron que posiblemente están a una distancia inmensa de nosotros, por lo tanto, para que sean visibles a tales distancias, han de ser muy brillantes. Algunas son tan brillantes como mil supernovas explotando a la vez.
Hay varias posibles explicaciones a las enormes cantidades de energía que emite un quasiar. Una de ellas es que el quasar sería un hoyo blanco, la desembocadura de un hoyo negro por donde sale la materia que se pierde en otras partes del universo, o en otros universos.
Descubrimiento de los Hoyos Negros.
El astrónomo inglés John Mitchell fue el primero en postular la existencia de los hoyos negros, en 1783, pero fue mucho después, en 1971 cuando se descubrieron las pruebas de su existencia: un telescopio de rayos X en órbita detectó una fuente de estos rayos en la constelación del Cisne.
La fuente, llamada Cignus X-1 es una estrella doble compuesta de una supergigante azul que rota alrededor de una compañera cercana invisible cuya masa es de unas diez veces la del Sol y su volumen es el de un asteroide. Por medio del espectro se advierte que la compañera invisible esta rodeada de un disco de gas caliente que rota a su alrededor.
Los rayos X provienen de un chorro de gas que sale de la estrella azul atraído por su compañero. Un objeto invisible que tenga una masa diez veces la del Sol y el volumen de un asteroide sólo puede ser un hoyo negro.
Hay dos métodos para detectar la presencia de hoyos negros. Uno de ellos es la influencia que tienen sobre el material interestelar de sus vecinos, como en el caso descrito más arriba. Otro es la influencia gravitacional en objetos cercanos. Si se pudiera determinar la masa de todas las estrellas que hay en un cúmulo estelar, y luego al sumar estas masas se descubre que la masa total del cúmulo es significativamente mayor que la debida a las estrellas visibles, entonces ese exceso de masas se puede atribuir a la presencia de hoyos negros en el cúmulo.
En 1978 se descubrió que la radio galaxia gigante M 87 tiene más masa en su núcleo que la que se puede calcular según su luminosidad. Las estrellas V 861 Scorpii, GX 339-4, SS 433 y Circinus X-2 podrían ser también hoyos negros. Cassiopeia A es lo que queda de una supernova que debió verse en la Tierra en el siglo XVII; sin embargo, no hay registros de esa época que hablen de su explosión. Es posible que haya allí un hoyo negro que se tragó el núcleo en explosión, debilitando así el destello.
Finalmente, es posible que existan hoyos negros muy pequeños, del tamaño de un protón y con una masa de alrededor de un billón de toneladas. Estos se habrían originados al comienzo de la expansión del universo, justo después de la gran explosión (big bang) debido al colapso de objetos pequeños por efecto de las enormes presiones y de la tremenda densidad de la materia. Tales "agujeritos negros" no tendrían mayor efecto en sus proximidades, e incluso sería difícil advertirlos a una distancia de algunos cientos de metros. Tal vez hasta haya alguno de ellos en nuestro propio sistema solar.
La Antimateria.
Se ha descubierto que muchas partículas atómicas tienen sus "antipartículas", es decir, una partícula que posee la misma masa pero cuyas propiedades restantes son completamente contrarias: carga, dirección del giro, etc.
La primera antipartícula conocida fue el positrón o electrón positivo, descubierto en 1933. Su nacimiento ocurre cuando un fotón de alta energía choca con los núcleos de los átomos de los elementos pesados, como ser, el plomo. Se desprende entonces de estos núcleos, un par de partículas de cargas contrarias, electrón y positrón. Cuando entran en contacto entre sí, se aniquilan convirtiéndose en dos fotones.
En 1955 se descubrió el antiprotón, un protón negativo, al bombardear una sustancia con protones de alta energía cinética, y en 1956, el antineutrón. Como el neutrón no tiene carga, el antineutrón tampoco la tiene. Sin embargo, se destruye si se encuentra con algún neutrón o con un protón.
El Mito.
Hay quienes piensan que los hoyos negros no desembocan en otras regiones de nuestro universo ni en otro universo distinto al nuestro, pero regido por las mismas leyes físicas, sino en un "antiuniverso". Los partidarios de esta teoría llegan a decir que ese antiuniverso sería exactamente igual a éste, pero con costo de antimateria. Es decir habría un anti-Sol, una anti-Tierra y hasta un anti-cada-uno-de-nosotros .
Universo y Antiuniverso, la foto y su negativo.
Nuestros amigos de la nave, entonces, han caído en el hoyo negro, han visto desaparecer las estrellas, han sido sometidos a terribles fuerzas de gravitación y han visto nuevamente abrirse el cielo en estrellas. Han seguido su viaje fuera del hoyo negro finalmente, después de su tremenda odisea desembarcan en la Tierra. Ahí esta todo: el astropuerto, los vehículos, las calles, sus propias casas y dentro de estas..., ellos mismos, o más bien, los "anti-ellos" .
¿Será posible? ("Hay algo más en el cielo y en la tierra, Horacio, de lo que ha soñado tu filosofía". HAMLET, acto I). Pero si esta posibilidad del antiuniverso fuese real, existe un problema, y grande, que impediría el feliz retorno a casa de los astronautas: cuando la materia entra en contacto con la antimateria, se destruyen mutuamente y sus masas se convierten en energía.
El Antiuniverso.
Basándose en el hecho de que en la naturaleza existe por todas partes la propiedad de la simetría, se podría suponer que por lo menos la mitad de todos los átomos del universo deberían ser de antimateria, es decir, átomos cuyos núcleos estén formados de antiprotones, y la envoltura de positrones. ¿Podrá ser real esta suposición?.
En todo caso, la opinión científica es que es altamente improbable que en nuestra galaxia haya zonas de antimateria, pues rápidamente se destruiría con la materia común, liberando enormes cantidades de energía pero, aunque no ha sido probado, es teóricamente posible que haya antimateria en otras regiones del universo observado.
¿Universos Paralelos?
Existe aún otra creencia respecto a los hoyos negros, y es la de que desembocarían en un "universo paralelo". Quienes creen en esto dicen que ese universo estaría aquí mismo, coexistiendo con éste, e incluso, compartiendo con el nuestro una de las dimensiones, o hasta dos.
Nosotros —dicen—, como seres tridimensionales, no podemos concebir un universo uni o bidimensional, y por eso no nos damos cuenta de la presencia —o mejor dicho, de la parte de la presencia que comparte dimensiones con nosotros—, de ese otro universo.
¿Una puerta hacia otros universos?
¿Y si son un túnel cósmico que ahorra cientos o miles de años luz en los viajes intergalácticos?, ¿cómo asegurar la meta deseada? ¿La aniquilación de toda vida y esperanza? Los hoyos negros seguirán siendo un enigma en el espacio...
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