Agujeros negros: colosales máquinas del universo
En cada oportunidad que tenemos para charlar sobre astronomía y compartir la belleza del cielo, saltan los interrogantes: ¿y qué es un agujero negro? ¿Son agujeros como tales, y por ende, podemos caernos en ellos? Algunos más osados afirman: “A través de los agujeros negros podemos viajar de un universo a otro”, y agregan conceptos acerca de “agujeros de gusano”.
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Para darnos una idea sobre de estos protagonistas indiscutidos del cosmos, en primer lugar debemos referirnos a la gravedad. Mientras escribo estas líneas, me encuentro sentado en una silla. ¿Por qué? Es decir, ¿cuál es el motivo por el cual no estaría flotando en la habitación? Por supuesto, todos sabemos la respuesta. La Tierra como tal atrae tanto a la silla como a mí mismo, por ende, ambos estamos “pegados” al suelo. En realidad, la Tierra nos atrae como así también nosotros a ella como resultado de la tercera Ley de Newton (cuando un cuerpo realiza una fuerza sobre otro, éste último ejerce sobre el primero una fuerza de igual magnitud y dirección, pero en sentido contrario). Es por ello que cuando empujamos una pared, ésta nos empuja en sentido opuesto. O cuando lo hacemos con nuestro pie sobre una vereda, ésta nos permite caminar. Volviendo a nuestra relación con la Tierra, como uno posee una masa insignificante respecto al planeta, entonces nosotros nos desplazamos hacia ella, haciendo que siempre estemos adheridos al suelo.
Pensemos ahora qué pasaría en la Luna, cuya masa es inferior a la terrestre. Para ello tenemos excelentes ejemplos con lo vivenciado por los doce astronautas que caminaron sobre ella desde 1969 a 1971. Como la gravedad lunar equivale a una sexta parte de la terrestre, simplemente en la Luna pesamos la sexta parte que aquí mismo. Y a esto se debe que cuando observamos las imágenes de las misiones Apollo nos parece que los astronautas “flotaran”. No lo hacen en absoluto. Simplemente como “sienten” menos gravedad, si saltan, caen más lento que si lo harían en la Tierra. Por este motivo los astronautas encontraron experimentalmente que para desplazarse en la Luna les era mucho más eficiente hacerlo a los saltos que caminando normalmente.
Dejemos la Luna y vayamos a un planeta imaginario. Supongamos estar en uno cuya masa sea la de Júpiter, pero a diferencia de este gigante gaseoso, que posea una superficie sólida en donde poder pisar. Pues bien, olvídense de poder hacerlo al menos fácilmente. En este caso la gravedad sería aproximadamente 2,5 veces la terrestre. En otras palabras, pesaríamos 2,5 veces nuestro peso actual. No es difícil imaginar entonces que a mayor masa de un planeta, luna, estrella o lo que sea, mayor será la fuerza de gravedad que éste posea. Por ello es que para despegar un cohete de la Luna necesitamos motores menos potentes que los usados para despegar desde la Tierra. ¿Cómo relacionar todas estas ideas con los agujeros negros? En primer lugar debemos entender el funcionamiento básico de una estrella, las cuales son algo así como “ollas a presión”. En este tipo de utensilio de cocina, hay dos fuerzas que se confrontan. Por un lado la presión interna de la olla, la cual intenta que su contenido salga de la misma, mientras que una presión contraria provocada por la tapa evita que esto suceda. En una estrella, la presión interna es provocada por distintos motivos pero podríamos decir que las altísimas temperaturas de su núcleo provocan que el gas intente expandirse hacia el exterior de la estrella. La fuerza que contrarresta tal suceso es la propia gravedad de la misma, la cual hace que su masa se concentre hacia su interior, generando la clásica forma esférica. Este equilibrio estelar se mantiene a lo largo de la mayor parte de la vida estelar. Pero nada es para siempre. Al momento de agotar (fusionar) todo su combustible (sus elementos químicos), las estrellas cuyas masas son mayores a unas 9 ó 10 masas solares, se contraen por acción de la gravedad y se convierten en estrellas mucho más pequeñas en tamaño pero altamente densas. Si la masa de la estrella original es aún más grande, entonces ésta explotará produciendo el fenómeno llamado supernova. El residuo será una estrella formada básicamente por neutrones (los átomos han dejado de existir como tales). Son las denominadas “estrellas de neutrones”. Pero si la estrella original es aún más masiva, digamos unas 30 o más masas solares, entonces el colapso gravitatorio será aún mayor que el sufrido en el caso de estas últimas. Será colosal y el objeto colapsará sobre sí mismo debido a su enorme autoatracción gravitatoria, produciendo un agujero negro.
Así como en Júpiter nos costaría muchísimo poder caminar, en una enana blanca o en una estrella de neutrones directamente quedaríamos aniquilados. Prácticamente ningún objeto podría escapar de la enorme atracción gravitatoria. Y en el caso de un agujero negro, su gravedad sería tal que ni siquiera la luz, es decir, ni los fotones podrían escapar de él. Si la luz no escapa, si sus fotones no llegan a nuestros telescopios, entonces directamente no podremos verlo. De todas maneras, cualquier objeto en sus cercanías, se verá atraído gravitatoriamente. En caso que dicho material se acerque demasiado, entonces caerá sobre este cuerpo y no podrá nunca más escapar del mismo. Ese “demasiado cerca” se define como el “horizonte de sucesos”. De cualquier objeto que cruce el horizonte de sucesos, nunca más se tendrán noticias, y pasará a formar parte del agujero.
Vale aclarar algo muy importante. Un agujero es algo así como una abertura de aspecto circular que atraviesa algo de lado a lado. Pensemos en los agujeros de una espumadera, por ejemplo. Pues bien, por lo que hemos descripto, entonces los agujeros negros no son agujeros en tal sentido. Ocurre que la materia que es atraída por estos colosales objetos, en varias ocasiones comienza a girar a sus alrededores acercándose cada vez más y más hacia ellos. Hasta que en algún momento, cruzan el horizonte de sucesos y nunca más son vistos. Es como que han “caído dentro de un agujero”. De allí su nombre.
Si bien la idea de cuerpos con una gravedad capaz de no dejar escapar ni siquiera a la luz data ya de fines del siglo 18, los agujeros negros cobraron gran fama a partir de los trabajos del físico Stephen Hawking, quien predijo que ante ciertas circunstancias, los agujeros negros pueden llegar a emitir cierta radiación. Con los años, se la denominó Radiación de Hawking.
(*) Director de Gestión del Planetario de La Plata
Licenciado en economía de la Universidad de Buenos Aires y Doctor en Economía (Ph.D.) por la Universidad de Michigan (EE.UU.). Director del Instituto de Economía de la Unicen. Profesor full-time en la UTDT y director del Centro de Investigación en Finanzas (CIF) - UTDT.
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