Primeras ideas

Para enviar o lanzar un proyectil desde un planeta a su exterior (de tal modo que no fracase el intento y acabe cayendo como un pedrusco corriente o recalentado y pulverizado por la fricción de la atmósfera) se debe propulsar a una velocidad mínima conocida. Esta velocidad es función de la masa y del tamaño del planeta de lanzamiento; es decir, se trata de una característica individualizada planetaria, por eso, se denomina «velocidad de escape».

Una mente científica, o suficientemente inquieta, se podría preguntar, por ejemplo: ¿Sería factible un proyectil que tuviera una velocidad de escape mayor que la de la luz? ¿Qué le ocurriría? Los primeros (que sepamos) en plantear estas hipótesis fueron J. Michell, en 1784, e —independientemente— Laplace, en 1795. Ambos llegaron a la conclusión de que el único objeto con velocidad de escape superior a la de la luz tendría que ser una estrella caliente y aparecería completamente negra.

En 1916, Schwarzschild estudiaba ecuaciones de campo —que relacionan la materia y el espacio-tiempo— en el marco teórico de la relatividad y encontró una solución particular (esférica y simétrica) que describe un agujero negro cuya masa determinó. El menor radio de este objeto negro que podría cumplir con los requisitos y condiciones relativistas asociadas se denomina en su honor «radio de Schwarzschild». De partida, era una idea posible, pero había que comprobarla.

Los agujeros negros: de herramientas teóricas a objetos astronómicos

En el ambiente relativista que se daba en 1916, como se ha señalado, ya iba encajando bien la idea teórica de «agujero negro». Pero transcurrió algún tiempo hasta que estos objetos se pensaron como posibilidades con visos de realidad y no solo como herramientas teóricas, ya que se ajustaban coherentemente con hechos asociados a la evolución de las galaxias y de algunos tipos de estrellas.

El camino era arduo y delicado, por eso una vez que se hallaron las primeras soluciones matemáticas resultaba casi imprescindible afinar la comprensión de estos objetos, así su búsqueda por procedimientos físicos sería mucho más atinada y resultaría menos desalentador intentar detectarlos y confirmar su existencia. Con lo que se ha avanzado en el conocimiento actual, hay dos aspectos que interesa tener en cuenta:

—La evolución de un agujero negro hacia su propio final aun es una incógnita, hay que seguir avanzando para entender bien su desarrollo.

—Sin embargo, el conocimiento ha mejorado en lo que se refiere a interpretar con alguna precisión lo que ocurre en su interior, que está perfilándose. 

Estructura

La frontera o borde de un agujero negro se denomina «horizonte de sucesos». Esta designación se comenzó a emplear para señalar que ningún observador externo podría percibir cualesquiera que sea lo que sucede o existe en su interior; expresado de otra manera: destaca la imposibilidad de captar alguna señal electromagnética procedente de alguno de estos objetos debido a los plausibles o hipotéticos acontecimientos internos. En general, el horizonte de sucesos es un límite en doble sentido. En primer lugar, es una zona «fronteriza» que evita la comunicación con el exterior; y, por otro lado, es un máximo de fuerza y energía. Los campos gravitacionales asociados a los agujeros negros son regiones en las que nada que penetre en su zona de influencia, sea partícula (cuerpo) o señal, puede escapar. Sin embargo, en general no se conoce ningún cuerpo negro perfecto, o expresado de otro   modo, en todo cuerpo negro se puede medir una pequeña fracción de radiación emitida (recuérdese, que un cuerpo negro teórico es aquel que absorbe la totalidad de la energía. electromagnética que recibe). Para explicitar con mayor contundencia; sin embargo, se suele señalar que la pura violenta «voracidad» de estos objetos hace que su borde repela una pequeña fracción de la energía que le alcanza, y que en consecuencia no logra acceder al interior y esta parte rechazada se puede detectar.

Tipos de agujeros negros y hallazgos bonitos y de interés

Los especialistas distinguen al menos dos tipos de agujeros negros. Los que se originan a partir de estrellas masivas (tomando como unidad de masa la del Sol): las estrellas que mueren convirtiéndose en agujeros negros pertenecen al rango comprendido entre un número de varias decenas de masas solares, como prototipo se consideran 40 decenas de masas de nuestra estrella, que, aunque se desarrollen como estrellas de neutrones en muchos casos, la presión las hace colapsar en agujeros negros. Esta forma de defunción de las estrellas de gran masa, aunque no se da siempre, está bien catalogada. Los cuásares son fuentes de radio variables muy intensas que se observan a gran distancia.

Los agujeros negros supermasivos se detectaron inicialmente a partir de estos objetos de gran masa y de pequeño tamaño. Podría existir algún otro tipo de agujeros negros, pero los estudios se hallan en una fase muy primitiva de la especulación. Conviene recordar que en general una estrella que agota su combustible nuclear se enfría y acaba derrumbándose sobre sí misma, a menos que concurran otro tipo de fuerzas de origen no termonuclear, estas fuerzas no pueden resistir la compresión gravitatoria para masas muy grandes que colapsa en la etapa final de su vida. Hay un tipo de agujeros negros, en estudio, se deriva de las fluctuaciones cuánticas del universo primitivo, pero seguramente muchos de los posibles candidatos han desaparecido por la radiación de Hawking, científico que consideró las propiedades cuánticas de luz y advirtió que se produce un flujo térmico débil en un agujero negro; esto es, hay que tener en cuenta la constante de Boltzman (k) sobre todo al tratar de entender los primeros pasos de la formación del universo.

Y el conocimiento avanza y continúa…

Una buena noticia: los estudios para mejorar el conocimiento de estos objetos, proporciona algunas de las pistas importantes para avanzar en la idea de «gravedad cuántica». Esta denominación que suena tan intrigante y literaria es una designación genérica para aludir estudios o problemas en situaciones en que los efectos cuánticos forman parte del problema (como el apuntado del universo primigenio). Es un asunto con muchos aspectos diferentes en vía de estudio y trabajo en algunos de los cuales la mejora es más clara que en otros y suelen ser aquellos en los que los efectos cuánticos no pueden pasarse por alto.

No obstante, en general las soluciones o teorías parciales son provisionales. Y se analizan como líneas de investigación competidoras o como contribuciones a la formación de una teoría física correcta, un problema abierto.

Los premios Nobel de física de los últimos años están bastante relacionados con la astrofísica de estas singularidades.

Por ejemplo, un resultado fascinante que condujo al premio Nobel de física de 2017 se concedió por los trabajos con el detector Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) que sirvió para poner en evidencia la existencia de ondas gravitacionales. asociadas a agujeros negros, los galardonados fueron Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne.

Premios Nobel de física 2020 relacionados con el estudio de los agujeros negros fueron Roger Penrose por el hallazgo de la existencia de agujeros negros lo que confirma de manera muy interesante la realidad del marco teórico que establece la relatividad general; Reinhard Genzel por el descubrimiento de un objeto de gran masa en el centro de la galaxia y Andrea Ghez por su descubrimiento de un plasma desplazándose hacia el centro de la galaxia.

Las mediciones de los cambios Doppler de las estrellas y el gas en los centros de las. galaxias parecen señalar que los objetos compactos que se hallan en el centro de muchas de ellas son agujeros negros. Un ejemplo es el agujero negro que se ha detectado en el centro de nuestra propia galaxia.