Agujeros negros

Un agujero negro es el final de un proceso largo que se inicia cuando en una zona del universo se va acumulando una gran cantidad de gas rico en hidrógeno, que por acción de la gravedad empieza a colapsar sobre sí mismo, dando lugar a múltiples colisiones entre sus átomos, cada vez más fuertes y frecuentes, que elevan considerablemente su temperatura.

Si la temperatura alcanza valores altos se producen unas reacciones nucleares que hacen que los núcleos de hidrógeno se transformen en helio liberando grandes cantidades de energía. Las altas temperaturas dan lugar a que lo que allí se ha creado brille y emita energía hacia el exterior en forma de radiación electromagnética. Ha nacido una estrella. Su tamaño y la duración de su vida dependerán de la cantidad de hidrógeno que tengan en su interior. La vida de una estrella muy grande suele ser menor que la de otra más pequeña, pues, aunque dispone de más combustible sus temperaturas de trabajo son más altas y se les acaba antes. El sol es una estrella de tamaño mediano y pueden quedarle unos cuatro o cinco mil años de vida, por lo que más o menos anda por la mitad de su existencia.      

Mientras que la estrella está activa su equilibrio físico se debe a dos fuerzas fundamentales, una que tiende a expandirla haciéndola crecer y otra que tiende a contraer su tamaño. Las fuerzas que tienden a expandirla proceden de la energía liberada en las reacciones nucleares que existen en su interior. Las fuerzas que tienden a contraerla son las debidas a la atracción por gravedad entre todas estas partículas debida a su masa. Cuando a una estrella se le va acabando el combustible, van disminuyendo sus reacciones nucleares, el equilibrio se rompe y la estrella empieza a contraerse.

Entonces pueden ocurrir varias cosas, que dependen principalmente del tamaño de la estrella: que la contracción rebote; que se detenga, debido a que la masa de electrones que hay en su interior no se deja contraer; que se detenga ante una segunda barrera de neutrones, que también se resisten a contraerse; o, finalmente, que consume su contracción hasta el final concentrando toda su masa en un volumen muy pequeño con una densidad de masa tan grande que nada, ni siquiera la luz, puede escapar a su atracción. A la formación que resulta de esta última posibilidad es a la que se le denomina agujero negro. Por lo tanto, un agujero negro no es otra cosa que una singularidad que se traga todo lo que está a su alcance y no deja escapar nada hacia el exterior. Su constitución es tan simple que se puede definir por solo tres características: su masa, su carga eléctrica y su momento angular. Este último, debido al movimiento de rotación sobre su eje de la estrella de la que procede, suele ser muy elevado y da lugar a que el agujero negro no sea esférico y tome una forma aplanada, girando vertiginosamente alrededor de un eje que lo atraviesa por su centro.

 A la distancia a partir de la cual el agujero negro se traga todo lo que se le acerque se le llama su horizonte de sucesos. Digamos que fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro no hay peligro, y que dentro de su horizonte de sucesos no hay salvación. Si un rayo de luz pasa dentro del horizonte de un agujero negro, éste se lo traga y no vuelve a salir; si pasa lejos del horizonte se curvará un poco por acción de la gravedad y seguirá su camino; la tercera posibilidad es que se acerque al horizonte del agujero negro y que éste lo atraiga con una fuerza insuficiente para tragárselo, pero suficiente para que se quede orbitando a su alrededor sin poder salir. Esto da lugar a que los agujeros negros estén rodeados de un espacio toroidal lleno de fotones y material interestelar.

La materia que gira en espiral alrededor del eje del agujero negro crea un campo magnético muy intenso, gracias al cual las partículas que se generan debidas a la materia que va cayendo son lanzadas en chorros a lo largo de su eje de rotación en las direcciones de sus polos norte y sur.

Aunque hemos dicho que de un agujero negro no podía salir nada, eso no era absolutamente verdad, pues si así fuera su existencia sería ilimitada en el tiempo. La mecánica cuántica explica cómo en el vacío se pueden crear pares de partículas y antipartículas que enseguida desaparecen dando lugar a lo que se llama una fluctuación cuántica. Cuando una fluctuación cuántica tiene lugar en el horizonte de sucesos de un agujero negro puede ocurrir que la antipartícula quede atrapada y la partícula quede libre, llevándose consigo una energía que procede del agujero negro y que será la causa de que éste, por la equivalencia masa/energía se agote algún día. Esta radiación lleva el nombre de quien la descubrió y se llama radiación de Hawking. El centro de nuestra galaxia parece que podría estar ocupado por un agujero negro cuya masa puede ser del orden de cien mil veces la del sol. Gracias a la atracción de esta masa enorme, los objetos que giran en la periferia de la galaxia no se escapan por la acción de la fuerza centrífuga causada por sus elevadas velocidades.

En Internet pueden verse muchas recreaciones artísticas de lo que es un agujero negro. La fotografía de la cabecera corresponde a un agujero negro. No se trata de una recreación artística, pero tampoco es una fotografía instantánea como las que tomamos con nuestros teléfonos móviles. Es una reconstrucción hecha con datos reales medidos en un proyecto llamado EHT (Telescopio de Horizonte de Sucesos) dirigido por el astrofísico estadounidense Sheperd Doeleman, en el que participan doscientos científicos y 8 telescopios sincronizados de todo el mundo, entre los que se encuentra el del Pico Veleta en Granada. Esta fotografía se publicó en abril del año 2019 y se suele citar como la primera correspondiente a un agujero negro.