Los agujeros del universo

Son muchos, millones en nuestra galaxia. Los hay de todos los tama?os y edades. Se mueven y a veces hasta chocan, con lo que provocan sacudidas en el espacio-tiempo lo mismo que un terremoto sacude la corteza terrestre. Devoran todo lo que se ponga a su alcance. Son los agujeros negros. Durante d¨¦cadas, todo lo que se supo de ellos fue gracias al esfuerzo mental de f¨ªsicos te¨®ricos de alto nivel, pura abstracci¨®n acerca de uno de los fen¨®menos m¨¢s extra?os predichos por la f¨ªsica: objetos de gravedad tan intensa que atrapan hasta la luz. Tan extra?os son que incluso sus descubridores te¨®ricos dudaron sobre la posibilidad de detectarlos. Pero eso se acab¨®. Por fin ha llegado el momento de estudiar los agujeros negros en vivo. Los modernos telescopios los encuentran, y en mayor cantidad de lo esperado. Pronto estar¨¢n listos los costos¨ªsimos instrumentos que intentar¨¢n registrar, por primera vez, los temblores en el espacio-tiempo que provocan estos monstruos. Mientras tanto, los te¨®ricos no se han quedado atr¨¢s; su pr¨®ximo reto es averiguar qu¨¦ pasa dentro de los agujeros o si se pueden usar para viajar en el tiempo.

La diferencia con las pel¨ªculas es que esto va en serio. Los f¨ªsicos te¨®ricos juegan a hacer como que trivializan su trabajo; por ejemplo, poniendo nombres c¨®micos a sus hallazgos o haciendo apuestas entre ellos. Pero no hay que dejarse enga?ar. Sus problemas son todo menos triviales. Una muestra es la ¨²ltima apuesta de Stephen Hawking, perdida, sobre qu¨¦ ocurre con la informaci¨®n que cae en un agujero negro. Mientras el agujero sigue ah¨ª no hay problema, es de suponer que la informaci¨®n devorada est¨¢ en alg¨²n lado; pero es que el destino ¨²ltimo de los agujeros negros es desvanecerse, seg¨²n demostr¨® el propio Hawking. As¨ª que, cuando el agujero desaparece, ?tambi¨¦n se desintegra la informaci¨®n? Una duda, dir¨ªa el profano, de lo m¨¢s irrelevante, sobre todo teniendo en cuenta que un agujero negro tarda miles de millones de a?os en evaporarse. Pero resulta que las consecuencias de esta pregunta son cruciales.

De ella depende, por ejemplo, el que se puedan visitar otros universos, y la solidez de leyes f¨ªsicas fundamentales que hasta ahora han funcionado muy bien. Lo explica en su web John Preskill, el contrincante de Hawking y del tambi¨¦n f¨ªsico te¨®rico Kip Thorne en la apuesta: "De acuerdo con la mec¨¢nica cu¨¢ntica, la informaci¨®n codificada en un sistema f¨ªsico puede ser transformada (?), pero en principio siempre podr¨¢ ser recuperada. Si quemo los tomos A y B de una enciclopedia, las llamas y las cenizas ser¨¢n muy parecidas en ambos casos, pero en realidad hay diferencias sutiles; con una tecnolog¨ªa lo bastante avanzada, yo deber¨ªa poder descifrar el contenido de los tomos observando las llamas y las cenizas". Hawking y Thorne apostaron que la informaci¨®n en un agujero negro se pierde; Preskill, que no.

Pero en julio pasado, Hawking dijo haber hallado la prueba de que estaba equivocado: "Si saltas a un agujero negro, tu energ¨ªa ser¨¢ devuelta a nuestro universo en una forma que contiene la informaci¨®n de lo que eras, aunque en un estado irreconocible". La buena noticia es que la mec¨¢nica cu¨¢ntica se salva: su predicci¨®n sobre la conservaci¨®n de la informaci¨®n es correcta. Pero la mala, o la menos evocadora, es que no hay viajes a otros universos. "Lo siento por los amantes de la ciencia-ficci¨®n", declar¨® Hawking, conocido fuera de la comunidad cient¨ªfica por sus libros de divulgaci¨®n y por padecer una enfermedad degenerativa que paraliza su cuerpo. Hawking, como estipulaba la apuesta hecha en 1997, regal¨® a Preskill una enciclopedia [en este caso de b¨¦isbol] "de la que se puede extraer la informaci¨®n a voluntad".

No obstante, quienes sue?en con viajes intergal¨¢cticos no deber¨ªan desilusionarse del todo. El ¨²ltimo resultado de Hawking a¨²n no ha sido aceptado por la mayor¨ªa. Es m¨¢s, el propio Preskill admite que "no entiende los argumentos de Hawking lo bastante". Todav¨ªa queda esperanza.

Las otras noticias recientes relacionadas con agujeros negros son de ¨ªndole m¨¢s pr¨¢ctica. Y es que los telescopios no dejan de dar titulares. El pasado febrero, los astr¨®nomos pudieron observar c¨®mo un agujero negro en otra galaxia devoraba una estrella parecida al Sol. Los telescopios XMM-Newton, de la Agencia Europea del Espacio (ESA), y Chandra, de la NASA, detectaron una potente explosi¨®n de rayos X producida por el gas arrancado a la estrella y calentado a millones de grados antes de ser tragado por el agujero negro. Y hace dos a?os, un equipo de cient¨ªficos europeos y argentinos encontr¨® en la constelaci¨®n de Escorpio un agujero negro que viaja por la V¨ªa L¨¢ctea a una velocidad de v¨¦rtigo: 400.000 kil¨®metros por hora. Se llama GRO J1655-40 y ha sido detectado por el movimiento de una estrella que se mueve con ¨¦l, porque la gravedad del monstruo la est¨¢ desgarrando lentamente. La estrella da una vuelta completa en torno al agujero cada dos d¨ªas y medio.

Son apenas dos ejemplos para ilustrar la actual bonanza de observaciones de agujeros negros. En nuestra galaxia se conoc¨ªa una veintena, pero el pasado marzo el telescopio Integral, de la ESA, detect¨® en las regiones centrales varias docenas de objetos con muchas posibilidades de ser agujeros negros. Adem¨¢s, cada vez se tienen m¨¢s datos del gran agujero negro que ocupa el mism¨ªsimo centro de la V¨ªa L¨¢ctea: un sumidero c¨®smico en el que una masa equivalente a tres millones de soles se comprime en menos espacio del que ocupa el sistema solar; la estrella que tiene m¨¢s cerca tarda unos 15 a?os en dar una vuelta completa a su alrededor.

?A qu¨¦ se debe esta avalancha de agujeros? Uno de los motivos es que por primera vez hay telescopios capaces de detectarlos. No se trata de sacar una foto a los agujeros negros. Eso es imposible por definici¨®n, porque los agujeros no s¨®lo no emiten luz, sino que se la tragan: son invisibles. Se forman cuando muere una estrella con mucha masa, al menos? m¨¢s que el Sol. Cuando esa estrella gigantesca, al final de su vida, no puede emitir m¨¢s energ¨ªa, su propia fuerza de gravedad la hace implosionar hacia su propio centro, un proceso que no se frena hasta que toda la materia queda confinada en un punto de densidad infinita y dimensiones min¨²sculas: un gui?o a la imaginaci¨®n que los f¨ªsicos llaman singularidad. Eso es un agujero negro. Para visualizarlo, y para entender m¨¢s o menos el porqu¨¦ de su enorme fuerza de gravedad, se puede concebir el espacio-tiempo como una malla el¨¢stica; la gravedad, seg¨²n la relatividad general de Einstein, es la deformaci¨®n que causa en esa malla cualquier objeto: cuanto m¨¢s masivo, m¨¢s deformaci¨®n. La singularidad, el objeto m¨¢s masivo imaginable, genera un agujero infinitamente profundo en la malla espacio-temporal.

Pero est¨¢bamos con la detecci¨®n. Si no se ven, ?c¨®mo se detectan? A veces los delata el movimiento de la estrella que tienen m¨¢s cerca. Los astr¨®nomos pueden estimar la masa del objeto oculto que provoca ese movimiento, medir su tama?o y deducir con esos datos que se trata de un agujero negro. Y a¨²n hay otras maneras, como la de detectar la radiaci¨®n que emite la materia que se acumula en torno al agujero negro o que incluso est¨¢ siendo ya devorada.

"Cuando la materia cae en un agujero negro emite radiaci¨®n de muy alta energ¨ªa", explica Christoph Winkler, jefe del telescopio Integral, de la ESA. "Esa radiaci¨®n no se detecta con telescopios convencionales, hace falta telescopios de rayos X o gamma". Y esos telescopios s¨®lo pueden ser espaciales, porque los rayos X y gamma no atraviesan la atm¨®sfera terrestre. Eso explica en parte por qu¨¦ ahora se encuentran tantos agujeros negros: s¨®lo ahora hay en ¨®rbita telescopios especializados, como XMM-Newton y Chandra, de rayos X, e Integral, de gamma.

Y parece que el trabajo de estos instrumentos no ha hecho m¨¢s que empezar. "S¨®lo en nuestra galaxia hay millones, millones. En los alrededor de 15.000 millones de a?os que tiene el universo se han formado much¨ªsimas estrellas masivas que ya han muerto como agujeros negros", dice Garik Israelian, del Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias. "Lo que ocurre es que son agujeros negros peque?os, de unos 10 kil¨®metros de di¨¢metro, muy dif¨ªciles de observar". ?Cabr¨ªa la posibilidad de que pasara alguno cerca? "S¨ª, devorar¨ªa el sistema solar". Lo sabr¨ªamos con mucha antelaci¨®n, aunque, ?servir¨ªa de algo?

Los f¨ªsicos te¨®ricos pueden estar satisfechos. Fueron ellos los que, con preguntas tan aparentemente intrascendentes como la de la apuesta de Hawking del principio, predijeron sin tener un solo dato observacional la existencia de los agujeros negros. El trabajo les llev¨® d¨¦cadas e incluy¨® acalorados debates -y, por supuesto, m¨¢s apuestas-. El propio Einstein neg¨® que existieran los agujeros negros, a pesar de que estaban en sus propias ecuaciones. Kip Thorne explica en su libro Agujeros negros y bucles temporales que aceptar un fen¨®meno tan extra?o exig¨ªa romper muchos moldes mentales. "De todas las concepciones de la mente humana, desde el unicornio hasta las g¨¢rgolas, pasando por la bomba de hidr¨®geno, quiz¨¢ la m¨¢s fant¨¢stica sea la del agujero negro. Descubrir que las singularidades son una consecuencia inevitable de las leyes relativistas de Einstein supuso un shock horrible para la mayor¨ªa de los f¨ªsicos", escribe Thorne. Finalmente, John Wheeler, que tambi¨¦n reneg¨® de ellos en un principio, acu?¨® en 1967 el t¨¦rmino que los hizo famosos. Pero hubo que esperar a finales de los a?os setenta para que un telescopio de rayos X encontrara el primer candidato firme a agujero negro (Cygnus X-1, en la constelaci¨®n del Cisne).

Lo que nadie predijo, sin embargo, es que todas las galaxias tienen un agujero negro en su centro, como la nuestra. Son agujeros supermasivos, de miles de millones de masas solares, y no se forman tras la muerte de una estrella masiva, sino por otro proceso que los astr¨®nomos a¨²n no tienen muy claro. El f¨ªsico Xavier Barcons, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria, lidera un proyecto cient¨ªfico internacional que publicar¨¢ en breve un cat¨¢logo con informaci¨®n detallada de miles de objetos observados con el telescopio XMM-Newton. "M¨¢s del 75% de las fuentes de fuera de nuestra galaxia muestran indicios inequ¨ªvocos de estar alimentadas por agujeros negros", dice Barcons. Hasta hace poco se cre¨ªa que s¨®lo un tipo concreto de galaxias muy luminosas y lejanas, los cu¨¢sares, tienen agujeros negros supermasivos en su centro; pero lo que dicen los nuevos telescopios es que hay muchas m¨¢s galaxias no catalogadas como cu¨¢sares que tambi¨¦n los tienen, s¨®lo que su brillo estaba oculto bajo cantidades de gas y polvo. "La pregunta ahora es por qu¨¦ los cu¨¢sares est¨¢n despejados y se ve su brillo, y las dem¨¢s galaxias, no. Es importante para entender la evoluci¨®n del universo. ?Tal vez han pasado todas las galaxias por una fase de cu¨¢sar?", se pregunta Barcons.

Pese a todos estos hallazgos, la edad de oro de la observaci¨®n de agujeros negros a¨²n est¨¢ por llegar. Hay un tipo de instrumento, s¨®lo uno, que los puede detectar directamente: los detectores de ondas gravitatorias. Dos de ellos, los primeros, empezar¨¢n a funcionar entre esta d¨¦cada y principios de la pr¨®xima.

Las ondas gravitatorias son las olas que deber¨ªan de generarse -deber¨ªan, porque hasta ahora solamente son una predicci¨®n te¨®rica- en el espacio-tiempo cuando un objeto muy masivo se acelera o choca con otro. Pero no es nada f¨¢cil detectarlas. Su paso hace que el espacio se estire y se encoja, pero poqu¨ªsimo. El detector Ligo, que ha empezado a funcionar ya en pruebas en Estados Unidos, espera ser capaz de registrar variaciones en distancia entre dos puntos del orden de la cienmillon¨¦sima parte del di¨¢metro de un ¨¢tomo de hidr¨®geno, y, ojo, que los puntos est¨¢n situados a kil¨®metros entre s¨ª. El otro proyecto para medir ondas gravitatorias es Lisa, una misi¨®n espacial integrada por tres sat¨¦lites de la ESA y la NASA que volar¨¢ en 2011. Tambi¨¦n se basa en percibir cambios m¨ªnimos de distancia entre los sat¨¦lites, separados entre s¨ª nada menos que cinco millones de kil¨®metros.

"Lo que detectar¨ªa Lisa son agujeros negros de miles de millones de masa solares. Lisa ver¨ªa, por ejemplo, galaxias que rotan muy r¨¢pidamente una en torno a la otra. La teor¨ªa predice muy claramente el tipo de radiaci¨®n que emite un sistema as¨ª, lo reconocer¨ªamos enseguida", explica Jose Alberto Lobo, f¨ªsico de la Universidad de Barcelona, que participa en esta misi¨®n. "Son proyectos impresionantes", admite. "Al principio no cre¨ªa que fueran a funcionar, pero cada vez conf¨ªo m¨¢s".

Si todo marcha bien, en una d¨¦cada podr¨ªamos tener un mapa especial del universo, un mapa gravitatorio, con los agujeros negros bien se?alizados. ?Y si se tratara del embri¨®n de una futura red de metro c¨®smica?

Es poco probable. M¨¢s bien lo que sugieren los c¨¢lculos es que, si un astronauta traspasara el horizonte de un agujero -cuando ya no es posible escapar a la atracci¨®n gravitatoria-, "a medida que se acercara a la singularidad se estirar¨ªa hasta una longitud infinita y se estrechar¨ªa tambi¨¦n infinitamente. La extrema curvatura del espacio-tiempo permite que el astronauta sea infinitamente largo, sin que llegue a sacar la cabeza por el horizonte", escribe Thorne. Raro, ?no? Pues m¨¢s raro a¨²n es que la tripulaci¨®n de la nave del pobre astronauta seguir¨ªa recibiendo sus se?ales eternamente -infinitamente deformadas, eso s¨ª-, como si el monstruo a¨²n no se lo hubiera tragado.

Sin embargo, todo lo anterior vale para instantes antes de llegar a la famosa singularidad. Y una vez all¨ª es imposible seguir la historia porque, cuando tropieza con una singularidad, la f¨ªsica actual est¨¢ desarmada: no se conocen las leyes que describen lo que all¨ª ocurre. Se necesita una mezcla de relatividad general y mec¨¢nica cu¨¢ntica. Y hace d¨¦cadas que se busca. Descubrir ese conjunto de leyes ayudar¨ªa incluso a resolver el misterio del origen del universo. Ahora los te¨®ricos viajan con las ecuaciones hacia atr¨¢s en el tiempo hasta fracciones de segundo antes del famoso Big Bang, donde los frena, de nuevo, una singularidad.