Dentro de un agujero negro

A pesar de que en su nombre figura la palabra “agujero”, en realidad este tipo de objeto espacial no es un hueco, al menos no como lo concebimos en nuestro espacio normal. La teoría de la relatividad general enunciada por Albert Einstein en 1915 predijo la existencia de los agujeros negros por primera vez. En ese trabajo, Einstein propuso un modelo en el que la propia geometría del espacio-tiempo es afectada por la presencia de la materia. Es decir,  predice que el espacio-tiempo se curvará en presencia de materia y que dicha curvatura será percibida por un observador como un campo gravitatorio, ya que dicha deformación espacial afectará la trayectoria de los cuerpos en movimiento y la trayectoria de la luz.

Como ya sabes, esa teoría ha sido debidamente corroborada por otros físicos, e incluso se han obtenido muchas pruebas de que es perfectamente válida. Se ha demostrado, por ejemplo, que los relojes situados en condiciones de gravedad elevada marcan el tiempo más lentamente que relojes situados en un entorno sin gravedad. Esto se logró utilizando relojes atómicos (como los del Sistema de Posicionamiento Global), situados sobre la superficie terrestre y en órbita. También diferentes pruebas realizadas con sondas planetarias viajando a gran velocidad han dado valores muy cercanos a los predichos por la relatividad general. Pero el hecho de que la masa pudiese deformar el universo hizo que rápidamente muchos científicos imaginaran lo que pasaría si la cantidad de masa en cuestión fuese lo suficientemente importante como para deformar el universo de tal manera que ni siquiera la luz pudiese “escapar” de su influencia. El resultado fueron los agujeros negros.

Un agujero negro es –básicamente– una región del espacio-tiempo con una gran concentración de masa muy densa, que origina un campo gravitatorio lo suficientemente  grande como para que ninguna partícula material -ni siquiera los fotones de luz- puedan escapar de ella. La curvatura del espacio-tiempo genera lo que los físicos llaman una “singularidad”, es decir, un punto del universo en el que las leyes físicas convencionales dejan de tener sentido y no pueden aplicarse. Un observador no puede mirar directamente una singularidad, ya que se encuentra rodeada por una superficie cerrada llamada “horizonte de sucesos” o “radio de Schwarzschild”. Este horizonte de sucesos separa la región de agujero negro del resto del Universo, convirtiéndose en una especie de frontera que ninguna partícula puede atravesar. Obviamente, si la luz no puede salir de un agujero negro, no tenemos forma de obtener información de lo que ocurre detrás de su horizonte de sucesos.

El término “agujero negro” quizás no sea demasiado afortunado, porque invita a hacerse la idea de una “agujero negro” que remite a una “perforación”, una región del espacio en la que no hay nada, y en realidad se trata de lo contrario: no podemos ver nada porque justamente es una zona con una enorme concentración de masa, de una densidad tal que es difícil de imaginar. Si tenemos en cuenta ese punto, muchas ideas, generalmente expresadas en novelas o películas, en las que se “atraviesa” un agujero negro para aparecer del otro lado (“dondequiera que ese “otro lado” esté”) dejan de parecer posibles. Puedes pensar en un agujero negro como si fuese una esfera de materia enormemente densa, que atrae a todo lo que lo rodea. También hay que tener presente que el tiempo es deformado por la presencia de ese campo gravitatorio intenso.

Por supuesto, los físicos pueden elaborar modelos matemáticos que intentan explicar qué es lo que ocurre dentro de estas extrañas regiones del universo. No se trata de un mero ejercicio intelectual, ya que está debidamente comprobado que los agujeros negros existen, y que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos. La existencia de agujeros negros está apoyada en observaciones astronómicas, en especial a través de la emisión de rayos X por estrellas binarias y galaxias activas. La pregunta del millón es, por supuesto, qué ocurre dentro de uno de estos objetos.

Imaginemos un viajero espacial que se dirige en caída libre hacia un agujero negro. Si lo estamos mirando desde una distancia segura, por medio de un telescopio especial que nos permite observar semejante evento, veremos que nuestro viajero no alcanza nunca el radio de Schwarzschild -el horizonte de eventos- debido a que la dilación temporal aumenta a medida que se acerca a esa “frontera”, convirtiéndose en infinita en el borde mismo del horizonte de eventos. El astrónomo vería que el astronauta se acerca al borde cada vez más lentamente hasta detenerse, y su luz (imaginemos que emite una) sería cada vez más roja y tenue, ya que nos llega menos luz de él y su espectro se “corre” hacia el infrarrojo. En el momento que llegase al borde (teóricamente nunca, ya que habría que esperar infinitos años) ya no lo veríamos. Obviamente, las cosas cambian desde el punto de vista del viajero.

Según Einstein, todo es relativo, incluso los resultados de nuestras mediciones. La única excepción a esa regla es, por supuesto, la velocidad de la luz. Esto hace que las cosas sean bastante distintas desde el punto de vista de nuestro astronauta. Andrew Hamilton y Gavin Polhemus, dos científicos de la Universidad de Colorado, escribieron Black Hole Flight Simulator, un software capaz de aplicar las ecuaciones de Einstein para “mostrar” qué es lo que ocurre desde el punto de vista de este observador imaginario. En su modelo, el agujero negro tiene una masa equivalente a cinco millones de veces la de nuestro Sol. Eso es más o menos el tamaño estimado del que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. A medida que el astronauta se acerca al radio de Schwarzschild, el universo comienza a deformarse ante sus ojos. La luz de las estrellas ubicuas “detrás” del agujero desaparece, y las que están a su alrededor con “torcidas” por la gravedad del agujero negro, formando una imagen similar a un tubo por el que se desplaza el observador.

Hamilton y Polhemus utilizan en su Black Hole Flight Simulator una cuadrícula de color rojo en el horizonte para ayudarnos a visualizar la forma en que el universo se deforma. Obviamente, como el campo visible para el astronauta es esférico y tu monitor es plano (al menos por ahora), hay dos círculos en la cuadricula representando los polos norte y sur del agujero negro. Ya sobre el borde del horizonte de sucesos, las cosas se comienzan a volver realmente extrañas. Tan cerca del centro del agujero negro que se encuentra en el centro del radio de Schwarzschild se experimentan poderosas fuerzas de marea. Suponiendo que te aproximas con los pies hacia delante, la fuerza de gravedad en tu cabeza sería mucho más débil que en tus pies. No solo te transformarías en una especie de spaghetti, sino que la luz a tu alrededor cambiaría de color. Por encima de tu cabeza todo se haría más rojo, y a tus pies el universo viraría al azul. En un momento determinado, de todo el universo solo podrías ver un anillo horizontal a la altura de tus ojos.

“Cuando un observador externo al radio de Schwarzschild observa el horizonte de un agujero negro”, dice Hamilton, “en realidad observa la emisión del horizonte. Cuando alguien cae a través del horizonte de eventos, no atraviesa la emisión del horizonte; en lugar de esto, pasarán a través de la entrada al mismo, la cual es invisible para ellos hasta que no lo traspasa. Una vez dentro del horizonte ve tanto la emisión como la entrada del horizonte”

Actualmente no tenemos forma de comprobar –y quizás nunca la tengamos– si lo que muestra el Black Hole Flight Simulator es real. Va a ser difícil encontrar un voluntario para emprender semejante aventura, y más difícil aún sería lograr enviar datos desde dentro del agujero negro. Pero hay algo que es cierto: se trata de una excitante aventura que alguna vez la humanidad emprenderá. Nuestros descendientes podrán finalmente decir si los modelos de Hamilton y Polhemus eran o no exactos. Mientras tanto, solo podemos imaginarlo.

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