Evolución de una estrella
La Relatividad permite estudiar con rigor las propiedades de los agujeros negros, pero su posible génesis y detección descansa en los dominios de la Astrofísica. Ésta explica la formación de agujeros negros en el Universo actual como resultado de la evolución de determinados tipos de estrellas.
Cuando una nube de gas hidrógeno situada en el espacio se contrae debido a su propia atracción gravitatoria, aumenta la temperatura en su interior. Si la masa de la nube es suficiente como para que esta elevación de temperatura permita que se produzcan reacciones de fusión nuclear, habrá nacido una estrella. La radiación producida por los procesos de fusión, de la que la luz es solamente una pequeña fracción, genera una contrapresión que detiene momentáneamente el colapso gravitatorio de la masa de gas. Sin embargo, más tarde o más temprano la contracción proseguirá cuando el combustible nuclear se termine. Si la masa de las cenizas resultantes es suficientemente elevada, puede suceder que el radio de la estrella agonizante termine siendo inferior al horizonte de sucesos correspondiente a dicha masa. Si eso ocurre, se ha generado un agujero negro.
En los años 20, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que esta masa límite, llamada "límite de Chandrasekhar", es del orden de una a dos masas solares. Si cuando una estrella agota su combustible nuclear la masa de sus cenizas es superior a dos masas solares, su contracción gravitatoria termina generando un agujero negro.
Si bien los agujeros negros no pueden detectarse directamente, ya que, por definición, no emiten ningún tipo de radiación, sí que pueden detectarse indirectamente por los efectos que produce su intenso campo gravitatorio. Uno de los más destacados es la emisión de radiación, usualmente en forma de rayos X, que se produce cuando la materia captada por el agujero negro comienza a girar cada vez a mayor velocidad en una espiral "descendente", con lo que se calienta y emite ingentes cantidades de radiación, que los satélites observatorios de rayos X pueden detectar. En la actualidad, no solamente existe evidencia de la existencia de agujeros negros de masas entre 3 y 15 veces la de nuestro Sol, sino también de que los centros de las galaxias, incluido el caso de nuestra misma galaxia, la Vía Láctea, contienen agujeros negros de masas que pueden llegar hasta mil millones de veces la masa de nuestro Sol.
¿Qué es un agujero negro?
Sabemos que es peligroso arrojar un objeto hacia arriba porque puede caer sobre nuestras cabezas: Sin embargo, si mediante un cohete lo lanzamos con, la suficiente velocidad, la llamada "velocidad de escape"; se puede conseguir que abandone de forma permanente la superficie de la Tierra, convirtiéndose en un satélite artificial. Si la velocidad es mucho mayor, se puede inc1uso lograr que salga fuera del Sistema Solar, escapando de la atracción del Sol. La velocidad de escape depende de la masa de cuyo campo de gravedad se quiera escapar Y de la distancia a la que nos encontremos de ella, Si la velocidad de escape necesaria para vencer la atracción de un cuerpo es superior a la de la luz, que la Física establece como la máxima velocidad posible, nada, ni siquiera la misma luz, podrá abandonar dicho cuerpo. Curiosamente, esta conjetura no fue enunciada por un físico, sino por el geólogo John Michell en 1783. No fue hasta 1971 cuando el profesor John Wheeler acuñó el término "agujero negro" para un cuerpo de estas características.
La Teoría de la Relatividad General, formulada por Albert Einstein en 1915, y que establece una vinculación entre la masa y la geometría del espacio-tiempo, proporciona el marco necesario para describir con rigor este fenómeno. En este escenario, la distancia a la que ni siquiera la luz puede escapar decide el llamado "horizonte de sucesos" del agujero negro. Para un observador externo, este "horizonte de sucesos" definiría el "radio" de un agujero negro, y puede asimilarse a una frontera unidireccional: puede atravesarse el horizonte de sucesos hacia el interior del agujero negro pero, una vez dentro, ya no es posible salir, no puede atravesarse en sentido contrario.
Dado que los agujeros negros no muestran lo que se encuentra en el interior de su horizonte de sucesos, a nuestros ojos sus propiedades solamente dependerán de lo que de ellos pueda deducirse fuera de dicho horizonte: su masa, carga eléctrica y velocidad de rotación. O, lo que es lo mismo, sus propiedades no dependen de otros "detalles" como, por ejemplo, su composición. Un hipotético agujero negro compuesto de antimateria sería completamente indistinguible de otro compuesto de materia y que tuviera la misma masa, carga y rotación. No somos capaces, por tanto, de obtener ninguna otra información del agujero negro, puesto que éste nos la oculta para siempre detrás de su horizonte de sucesos. Esta característica se ha compendiado tradicionalmente en la frase "los agujeros negros son calvos", para indicar que no son ni rubios ni morenos, no tienen delante ni detrás. Y, al menos hasta ahora, esa era la visión predominante.
Información perdida
En 1975, el físico británico Stephen Hawking demostró que los agujeros negros no eran tan negros como se creía, y que emiten la llamada "radiación de Hawking". Debido a esta emisión de energía, los agujeros negros terminan evaporándose y desapareciendo en periodos de tiempo más o menos dilatados, dependiendo de su masa.
En la aproximación utilizada por Hawking, y de acuerdo con el principio de que los agujeros negros son calvos, la radiación que emiten es independiente de la composición del agujero negro y, por tanto, no proporciona información acerca del contenido del mismo. De esta manera, se produce una progresiva pérdida de información en el Universo a medida que los agujeros negros van desapareciendo sin dejar rastro de su contenido original. El problema reside en que esta pérdida de información contradice la teoría cuántica, una teoría física bien establecida, que permite explicar extraordinariamente bien los fenómenos subatómicos, y según la cual la información se preserva. Esta contradicción genera lo que se ha denominado "paradoja de la información perdida", que surge debido a que la aproximación utilizada por Hawking para explicar la radiación de los agujeros negros no tenía en cuenta adecuadamente la teoría cuántica con el argumento de que el intenso campo gravitatorio limitaba la validez de la misma.
Dos teorías en conflicto
Esta paradoja se puede describir como uno de los conflictos entre dos teorías, la Relatividad y la Cuántica, que separadamente son un éxito pero que en los dominios comunes se llevan muy mal. Uno de los hallazgos más importantes de la Física, buscado en la actualidad por numerosos equipos de investigación de todo el mundo, sería conseguir la unificación de ambas teorías para dar lugar a la llamada "Gravedad Cuántica".
En los últimos años, varios investigadores habían encontrado pruebas de que la información sobre el material engullido por los agujeros negros no desaparecía, sino que era liberada como parte de la radiación de Hawking, por lo que se encontraba codificada de alguna manera en el espacio tiempo, pero se desconocía cómo. El pasado 21 de julio, en una presentación especial en la XVII Conferencia Internacional sobre Relatividad General y Gravitación que tuvo lugar en Dublín, Hawking ha resuelto la paradoja en favor de la teoría cuántica, lo cual no implica que la Relatividad deje de ser válida.
Parece que Hawking ha demostrado -siempre desde una perspectiva teórica- que las fluctuaciones cuánticas permiten la salida de información a través del horizonte de sucesos cuando se tiene en cuenta la teoría cuántica de forma adecuada. En consecuencia, el horizonte de sucesos nunca llega a formarse realmente, sino que es sólo aparente, la información sobre el material contenido en el interior del agujero puede atravesar el horizonte hacia fuera. Sin embargo, eso no implica que un astronauta que haya caído en el interior pueda volver a salir vivito y coleando, solamente que sería posible inferir, a partir de la radiación de Hawking, que en ese agujero negro cayó un astronauta. En conclusión: puede que después de todo los agujeros negros no sean calvos.
En el momento de escribir este artículo el desarrollo formal de la teoría no se encuentra todavía disponible, por lo que los especialistas no pueden avalar o desmentir con fundamento las afirmaciones del profesor Hawking. Por dicho motivo, aún es pronto para aquilatar las implicaciones de este hallazgo, aparte del avance científico en sí y de la contribución a la armonización de dos teorías esenciales para la Física. Sin embargo es posible apuntar algunas consecuencias. Se había conjeturado en su día que los agujeros negros podían representar conexiones con otros universos. Con este descubrimiento no resulta posible viajar a otros universos a través del agujero negro, siempre volveríamos a este Universo, aunque destrozados.
