Por su propio nombre, los agujeros negros exudan misterio. Son inobservables, incontrolables y, durante más de 50 años después de su primera predicción en 1916, no se han descubierto. Desde entonces, los astrónomos han encontrado evidencia de agujeros negros en nuestro universo, incluido uno supermasivo en el centro de nuestra propia Vía Láctea. Sin embargo, aún se desconoce mucho sobre estos enigmas cósmicos, incluido lo que sucede exactamente con las cosas que absorben con su gravedad titánica.
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Hace cincuenta años, el físico John Wheeler ayudó a popularizar el término "agujero negro" como una descripción de los restos colapsados de estrellas supermasivas. Según Wheeler, quien acuñó y popularizó varios otros famosos términos de astronomía como "agujeros de gusano", la sugerencia vino de un miembro de la audiencia en una conferencia de astronomía donde estaba hablando, después de haber usado repetidamente la frase "objetos colapsados gravitacionalmente para describir el cósmico gigantes
"Bueno, después de usar esa frase cuatro o cinco veces, alguien en la audiencia dijo: '¿Por qué no lo llamas agujero negro?' Así que adopté eso ”, dijo Wheeler a la escritora científica Marcia Bartusiak.
Wheeler estaba dando nombre a una idea explorada por primera vez por Albert Einstein 50 años antes, en su influyente teoría de la relatividad general. La teoría de Einstein mostró que la gravedad es el resultado de la distorsión del espacio y el tiempo por la masa de objetos. Mientras que el propio Einstein se resistió a reconocer la posibilidad de agujeros negros, otros físicos usaron su trabajo preliminar para desarrollar los monstruos galácticos. El físico J. Robert Oppenheimer, de fama de bomba atómica, denominó a estos cuerpos "estrellas congeladas" en referencia a una característica clave descrita por el físico Karl Schwarzschild poco después de que Einstein publicara su teoría.
Esa característica era el "horizonte de eventos": la línea que rodea un agujero negro en el que se hace imposible escapar. Tal horizonte existe porque, a cierta distancia, la velocidad requerida para que cualquier átomo se separe de la gravedad del agujero negro se vuelve más alta que la velocidad de la luz, el límite de velocidad del universo. Después de cruzar el horizonte de sucesos, se cree que toda la materia que lo comprende se desgarra violentamente por fuerzas gravitacionales intensas y finalmente se aplasta en el punto de densidad infinita en el centro del agujero negro, que se llama singularidad. No es exactamente un camino placentero.
Esta explicación detallada de la muerte a través del agujero negro, sin embargo, es teórica. La intensa gravedad de los agujeros negros distorsiona el paso del tiempo tanto que para los observadores fuera del agujero negro, los objetos que caen en uno parecen disminuir y "congelarse" cerca del horizonte de eventos, antes de desaparecer. (Lo que suena mucho mejor).
En otras palabras, a pesar de la importancia de este horizonte de eventos, los científicos nunca han demostrado directamente su existencia. Y debido a la dificultad de incluso encontrar agujeros negros (debido a que la luz no puede escapar de ellos, son invisibles para la mayoría de los telescopios), y mucho menos para observarlos, no ha habido muchas oportunidades para intentarlo. En ausencia de pruebas convincentes, algunos astrofísicos han teorizado que algunos de los objetos que llamamos agujeros negros podrían ser dramáticamente diferentes de lo que hemos llegado a creer, sin singularidad ni horizonte de eventos. En cambio, podrían ser objetos fríos, oscuros y densos con superficies duras.
Sin embargo, este escepticismo de los agujeros negros comenzó a atraer su propio escepticismo, ya que los telescopios finalmente capturaron los agujeros negros en el acto de algo extraordinario. En los últimos siete años, "la gente comenzó a ver estrellas cayendo en agujeros negros", dice Pawan Kumar, astrofísico de la Universidad de Texas en Austin, donde casualmente Wheeler enseñó física teórica durante una década. "Estas son cosas muy muy brillantes que se pueden ver a miles de millones de años luz de distancia".
Desde entonces se han observado más de estas brillantes y relativamente rápidas degluciones de estrellas. El año pasado, Kumar decidió que estas emisiones de luz harían una buena prueba para probar la existencia del horizonte de eventos. "La mayoría de la gente en la comunidad asumió que no hay una superficie dura", dice Kumar. Sin embargo, enfatiza, "en ciencia, hay que tener cuidado. Se necesita prueba".
Entonces, en 2016, Kumar y su colaborador Ramesh Narayan, del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, trabajaron para calcular qué tipo de efectos esperarías ver si una estrella al ser tragada por un agujero negro realmente colisionara con una superficie dura. Kumar dice que sería similar a aplastar un objeto contra una roca, creando una energía cinética intensa que se emitiría como calor y luz durante meses, o incluso años.
Sin embargo, un escaneo de datos del telescopio durante tres años y medio no encontró casos de las firmas de luz que él y Narayan calcularon que se liberarían si las estrellas golpearan un agujero negro de superficie dura. Según la probabilidad, los investigadores habían predicho que deberían haber encontrado al menos 10 ejemplos durante ese período de tiempo.
Kumar llama a esta investigación, publicada este año en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un "paso de buen tamaño" para probar la existencia del horizonte de eventos. Pero todavía no es del todo una prueba. En teoría, todavía podría existir un agujero negro de superficie dura dentro de los cálculos de su estudio. Pero el radio de esa superficie tendría que estar dentro de aproximadamente un milímetro del radio de Schwarzschild del agujero negro, o el punto en el que la velocidad necesaria para escapar de la gravedad de la misma sería igual a la velocidad de la luz. (Tenga en cuenta que el radio de Schwarzschild no siempre es el mismo que un horizonte de eventos, ya que otros objetos estelares también tienen gravedad).
"Los límites que este documento coloca en el radio de una posible superficie sólida (4 milésimas de porcentaje fuera del radio de Schwarzschild para un objeto compacto supermasivo) son impresionantes", dice Bernard Kelly, un astrofísico de la NASA que no participó en esta investigación.
Kumar ya tiene investigaciones en proceso para reducir ese límite aún más, hasta el punto de que sería casi seguro que no podría existir ningún agujero negro de superficie dura. Eso, para él, sería una prueba confiable de que los agujeros negros tradicionales son el único tipo de agujeros negros que ocupan nuestro universo. "Si se completa, en mi opinión prácticamente cerrará el campo", dice Kumar. "Tendremos pruebas firmes de que la teoría de Einstein es correcta".
