Probablente el fenómeno cósmico más famoso en el mundo sean los agujeros negros, se puede decir que ya forman parte de la cultura popular. Y no es para menos, ya que es uno de los fenómenos más impresionantes del universo, pero a la vez también de los más desconocidos. Sólo pensemos que tiene más de un siglo que se teorizaron y apenas hace un par años fue posible obtener una imagen de su sombra. Son tan misteriosos que en esta ocasión vamos a tratar de desenmarañar un misterio que les afecta, que nos dice que, tal vez, no sean tan negros como creíamos.
Creación de pares
Antes de entrar de lleno a las macroscópicas escalas que imaginó Einstein, las de los agujeros negros, necesitamos, irónicamente, empaparnos del universo en escalas opuestas, de una idea poco intuitiva que nació en el seno de la mecánica cuántica. Imaginemos una habitación, perfectamente podría ser la de nuestra casa, y lo que queremos es vaciarla completamente. Así que sacamos los muebles, los libros, la TV y todo lo que hay en ella. ¿Es lo más vacía que puede estar? Realmente no, todavía necesitamos quitar el aire que hay dentro, así que con una bomba de vacío lo sacamos. ¿Ya es todo? Aún no. Nos hace falta quitar la luz, y no la del foco, e incluso hay que imaginarla tan lejos de la Tierra, el Sol y cualquier otro objeto con masa que pueda afectarla gravitacionalmente, y ¡lo tenemos! El vacío que estábamos buscando. Uno podría pensar que en este vacío ya no habría ni pasaría absolutamente nada, incluso si utilizáramos un microscopio, no veríamos nada. Sin embargo, las cosas no son como pensamos y la cuántica nos lo recuerda constantemente.
Probablemente han escuchado sobre el Principio de Incertidumbre de Heisenberg. Está dado por la relación: ΔE Δt ~ ℏ (1), pero no nos preocupemos, no la necesitamos entender completamente, lo único que es necesario saber es que, por este fenómeno, el vacío no está realmente tan vacío como pensamos. De hecho, cada segundo, cada instante que pasa, aunque no haya nada en el espacio, aún así se están generando pares de partículas y antipartículas que desaparecen en cuestión de nada, por eso no las sentimos ni las vemos, pasa demasiado rápido. Éste es un fenómeno que, por más extraño que parezca, pasa y es necesario entenderlo para poder ver la gran idea que Hawking tuvo para comprender los agujeros negros.
El agujero negro
Definamos a un agujero negro para que todos estemos en sintonía: un agujero negro es una región del espacio donde la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz (lo más rápido en el universo) puede escapar de ella. Ahora, el agujero negro está formado por distintas ”partes”; por ejemplo, al centro del agujero negro se le denomina ”singularidad”, y es el lugar donde, según la descripción matemática, la densidad del espacio-tiempo tiende a infinito. También tenemos el horizonte de eventos que es una región del agujero negro que es el punto de no retorno, cualquier cosa que atraviese ese límite, ya jamás podrá salir, la gravedad es tan fuerte que lo impide.
La radiación de Hawking
Ahora le toca a la radiación de Hawking. Es un fenómeno que ocurre en el borde de un agujero negro, específicamente en el horizonte de eventos. Hawking pensó que si las partículas y antipartículas se crean y se destruyen constantemente, entonces es posible que, en algún momento, un par de partículas puedan crearse en este límite y que una sea absorbida cayendo dentro del horizonte de eventos, mientras que la otra escape en forma de radiación. Esto implicaría que un observador externo vería que el agujero negro pierde masa, como si se “evaporara”.
Después de varios años de estudio, los científicos todavía no están seguros de qué pasaría al final de este ciclo, cuando se evapore por completo. Las teorías actuales sugieren que aumentaría su temperatura con el tiempo y habría una explosión final. Por el momento, son meras especulaciones y probablemente la verdadera respuesta se dé cuando tengamos una teoría más completa que la cuántica y la relatividad, tal vez con la ”gravedad cuántica” tengamos la respuesta.
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Más información
Breve historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros, Stephen Hawking, Bantam Books, 1988.
