Agujero negro: ¿cómo nacen y qué enigma guardan sobre el origen del universo?

Renzo Gonzales C.

Un agujero negro es aquella región del espacio extremadamente densa que posee una atracción gravitacional tan fuerte que ningún tipo de materia, ni siquiera la luz, puede escapar después de haber caído dentro.

Aunque todo agujero negro actúa de manera similar, los científicos sugieren la existencia de tres tipos: supermasivos, ubicados en los centros de las galaxias y cuyo origen aún se discute; primordiales, originados en los inicios del universo por perturbaciones en el espacio; y estelares, que se forman a partir de la muerte de algunas estrellas. Estos últimos son los más abundantes en el espacio, han sido observados con mayor detalle y, por ende, están más estudiados. Este artículo se centra en los agujeros negros estelares.

El fin de una estrella

Las estrellas pequeñas y medianas -como el Sol- agotan su energía para brillar y terminan su vida como enanas blancas o estrellas de neutrones, que también son objetos muy densos, es decir, concentran gran cantidad de masa en un cuerpo pequeño; pero nada comparado a los agujeros negros, el oscuro destino de los astros más grandes.

Cuando una estrella masiva, de 20 a 50 veces más pesada que nuestro sol, llega a su etapa final, su núcleo colapsa por la gravedad y se produce una explosión de supernova. Este fenómeno arroja la mayor parte de la estrella al vacío pero deja gran cantidad de restos conocidos como remanente, lo que anticipa el nacimiento del agujero negro.

Poco a poco el remanente sufre la acción de la gravedad y se va replegando sobre sí mismo, encogiéndose hasta un volumen infinitamente pequeño. Pero, ¿por qué sucede esto?

Cuando esta estrella eran joven, obtenía su energía de la fusión nuclear de gases como helio e hidrógeno, lo que ejercía presión hacia afuera y se equilibraba con la fuerza de gravedad (hacia adentro) de su propia masa. Sin embargo, ante la ausencia de esta fuerza exterior, el remanente de supernova no puede resistirse ante la gravedad y termina colapsando, ya no como una explosión, sino en un espacio extremadamente denso que no deja escapar ni la luz que quedaba de la estrella. Se acaba de formar un agujero negro.

El grado de concentración de masa en un agujero negro se podría comparar a una pelota de béisbol que lleva el peso de la Tierra. Claro, si tenemos en cuenta la masa de una estrella masiva, el agujero negro resultante sería del tamaño de un continente o un planeta entero.

¿Por qué la gravedad es tan fuerte en un agujero negro?

Pare entenderlo, debemos tener en cuenta que la atracción de la gravedad no viene de la ‘fuerza’ de un cuerpo, sino por la deformación del tejido del espacio-tiempo. Imagina que pones una canica de metal en una tela suspendida en el aire; la forma en que se hunde el tejido es lo mismo que sucede en el universo con los cuerpos más pesados. Por eso es que nuestro planeta orbita alrededor del Sol: no podemos escapar de esa deformación.

Ahora reemplaza esa canica por otra con el peso de una bola de boliche. Esta se hundiría tanto en la tela que cualquier cosa que se aproxime lo suficiente caería en lo profundo y no tendría forma de salir. Así actúa la gravedad en un agujero negro.

Si lográramos orbitar alrededor de esta región -en una nave, por ejemplo- lo suficientemente lejos como para no ser atrapados, veríamos cómo nuestros relojes se ralentizan: la intensa gravedad hace que el tiempo avance más lento. ¿Por qué?

En la siguiente imagen se muestra cómo la gravedad de un agujero negro deforma el tejido del espacio-tiempo. También se observa que las lineas en los bordes se estiran. Por tanto, el tiempo que nos tomaría recorrer desde la esquina de una cuadrícula a otra debería ser mucho mayor mientras más cerca estamos de un agujero negro. Sin embargo, esto no sucede: lo rodearíamos en espiral con una increíble velocidad generada por la atracción gravitacional. Contradictorio, ¿verdad? ¿Qué está pasando?

De acuerdo a la teoría de la relatividad general de Einstein, tanto el espacio como el tiempo, al estar tan relacionados, se deben ‘respetar’ mutuamente: si el recorrido deformado alrededor de un agujero negro nos debería tomar 10 años, así pasará el tiempo para nuestros relojes y la gente de afuera, a pesar de que lo hayamos percibido como una hora. ¿Qué pasaría entonces si nuestra nave lograra salir de su órbita después de esa vuelta? Las personas que hayamos conocido habrán envejecido 10 años, mientras que para nosotros solo habrá pasado un momento agitado. ¡Bingo! Un viaje en el tiempo.

Pero si nos acercáramos mucho, cruzaríamos el punto sin retorno, conocido como horizonte de eventos. Después, lo más probable es que cualquier ser vivo muera estirado por la gravedad o destruido por caos al interior de un agujero negro, por lo que nunca sabríamos en primera persona qué hay allí dentro. ¿Y si enviamos una sonda? Por desgracia, le pasaría lo mismo.

Simulación de un cuerpo deformando el espacio-tiempo a su alrededor. La deformación aumenta si el cuerpo es más pesado. Si algo se acerca lo suficiente a un planeta o estrella, termina impactando; pero si se trata de un agujero negro, ‘caerá’ en lo desconocido.

¿Qué ‘secreto’ guarda en su interior?

A pesar de lo complicado que será descubrir el misterio del interior de un agujero negro. Los astrónomos estiman que es un lugar muy caótico, con partículas chocando a la velocidad de la luz constantemente y creando explosiones que acabarían con cualquier cosa que entre.

Si un viajero lograra superar esa peligrosa región, llegaría a una región que envuelve a su centro, llamada horizonte interno. A partir de este punto empieza la especulación, ya que no hay forma de saber lo que sucede más allá.

Los teóricos llaman singularidad al ‘tesoro’ contenido en esa región, que es donde el espacio-tiempo se curva al extremo, donde las leyes de la física no tienen cabida. Asimismo, se presume que esta singularidad existía antes del Big Bang.

De una ‘anomalía’ como esta se habría originado el universo, ya que toda la materia estaba condensada en un punto primordial, con altas temperaturas. Esta singularidad estalló, formando el espacio-tiempo como lo conocemos, y con ello las galaxias, estrellas, planetas y demás.

La ciencia aguarda por develar completamente este misterio, tal vez el más importante para la humanidad.