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Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años. Podéis enviar vuestras preguntas a [email protected]
Pregunta formulada por el curso de 3º de la ESO de Aranzadi Ikastola. Bergara (Gipuzkoa)
Si quieres saber qué hay dentro de un agujero negro tengo una recomendación para ti. Y hazme caso, de verdad: no te acerques a él bajo ninguna circunstancia.
La materia de la estrella que tras colapsar originó ese agujero negro –una región del espacio con una concentración de materia tan brutal que produce una gravedad inmensa y no permite que escape nada– era muy parecida a la de tu propio cuerpo.
La materia atrapada dentro de ese desconcertante lugar sería una colección de protones, neutrones y electrones iguales a todos los demás del universo. Al agujero le da igual un estudiante de bachillerato que una estrella pacífica: los engulliría a ambos sin miramientos, igual que a cualquier otro cuerpo con masa.
Territorio desconocido
Toda esa materia quedaría atrapada más allá del horizonte de sucesos. Así se llama a la frontera que separa el universo del que podemos recibir noticias y una zona misteriosa e incomunicada: el interior del agujero negro.
Quizá pienses que la abundancia de carbono en tu cuerpo y de helio en la estrella os haga muy diferentes. Pero lamento decirte que no. Para el agujero negro la diferencia es prácticamente nula. Y entonces, ¿cuál sería tu destino si te acercases a él? Me temo que sería igual de dramático. No solo tendría lugar una destrucción total: la catástrofe iría más allá, afectando al propio plano del conocimiento.
Y es que no sabemos en qué se convertirán esos átomos engullidos. Posiblemente sea algo muy distinto a una sopa de quarks, es decir, las partículas subatómicas que componían los protones y neutrones engullidos.
La física actual no conoce las leyes que gobiernan las regiones más extrañas del universo, como el interior de los agujeros negros. Por eso no sabemos definir cómo son las partículas ni la manera en que interactúan en esa zona inaccesible. Allí, la curvatura del espacio-tiempo es tan intensa que no podemos ni siquiera concebirlo. Y, por supuesto, la gravedad será la fuerza dominante sobre todas las demás.
Lo que sí sabemos
Pero que conozcamos poca física de esa región no significa que no sepamos lo más básico. Estamos seguros de que la gravedad allí tiene que explicarse por leyes cuánticas, las que imperan en el mundo de lo diminuto. Eso permitiría estudiar las cuatro fuerzas de la naturaleza (nuclear fuerte, electromagnética, nuclear débil y gravedad) de forma unificada.
Por otro lado, quizá sepas que las partículas de luz no tienen masa. ¿Crees que esa ligereza las exime de ser engullidas? ¡Nada de eso! ¿Y si te acercas con el haz de luz de una potente linterna anunciando tu llegada? El agujero negro la tragará, solo un suspiro antes de estirarte como a un fideo y devorarte a ti también.
Para colmo, este monstruo insaciable se mofará de todos, anunciando su presencia gracias al brillo de la materia ultrarrecalentada que orbita en torno a él.
Ese brillo misterioso
Más aún, no importa que el agujero negro no esté recibiendo grandes cantidades de alimento en forma de materia. Aunque estuviese rodeado de un vacío en el que no pudiésemos ni respirar, nuestro protagonista sería capaz de brillar. Pero ¿cómo es posible tal cosa?
Nos lo explica el principio de incertidumbre que estableció el físico alemán Werner Heisenberg en 1927. Según nos enseña, tendremos intervalos pequeñísimos de tiempo en los que no sabremos a ciencia cierta cuánta energía hay en cada mínima porción de espacio en torno al misterioso astro.
Explicándolo más en detalle, habrá pares de partículas y antipartículas que podemos interpretar realmente como energía, como bien mostró Einstein. En realidad, esos fantasmas surgen constantemente en cualquier parte del espacio. Lo bonito y a la vez terrorífico es que cuando ocurre cerca del agujero negro, uno de los miembros de la pareja es tragado. Y así una de las partículas queda desparejada convirtiéndose en radiación.
Las ecuaciones de la relatividad ponen la física de la gravedad en lenguaje matemático. Y funcionan muy bien para sistemas tranquilos, como la Tierra orbitando en torno al Sol. Sin embargo, un agujero negro es mucho más complejo. Cuando aplicamos esas ecuaciones al horizonte de sucesos, las soluciones nos dan infinitos, y eso no mola nada. Podemos echar mano una analogía muy bonita para ilustrarlo.
El caos de la cascada
Si pensamos en el agua de un lago y queremos estudiarlo, podemos “chincharlo” con un palito. Entonces surgirán pequeñas olas, y si había una hojita reposando en la superficie, empezará a surfearlas. Eso nos permite hacer algunos cálculos y entender al lago.
En el caso de que el agua fluya y tengamos un río, podemos repetir el experimento. La física sigue explicando las onditas que surgirán en la superficie al perturbarla. La diferencia es que en esta ocasión habrá que considerar también el efecto de todo el movimiento del agua.
Pero ¿qué ocurre si el río se encuentra con una cascada? El agua pasará a moverse en caída libre y resultará imposible producir ondas con un patrón concreto y que nos sea de utilidad. Nuestras moléculas de H₂0 habrán entrado en una zona catastrófica con turbulencia y caos.
Pero como ya he anticipado, necesitamos avanzar en nuestro conocimiento y construir una teoría que aúne la física cuántica y la gravedad. Esto sería como alcanzar el Santo Grial, porque es la única de las cuatro fuerzas de la naturaleza que aún se resiste. Y, curiosamente, una de las herramientas que creemos que va a ser fundamental para lograrlo son ondas como las del lago.
Nos referimos, ni más ni menos, que a las fascinantes ondas gravitacionales, pequeñas alteraciones del espacio-tiempo generadas por sucesos superviolentos del cosmos como choques de estrellas de neutrones o los propios agujeros negros. Y tengo una buena noticia: se pueden detectar desde la misma Tierra. Así que podemos hacer física desde la prudente distancia de 1600 años luz que nos separan del agujero negro más cercano.
Porque, os recuerdo otra vez, que no es buena idea acercarse a uno.
La Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco colabora en la sección The Conversation Júnior.
Ruth Lazkoz recibe fondos del MInisterio de Ciencia, Innovación y Universidades y del Gobierno Vasco.