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Por Miguel Angel Sabadell

M.A.Sabadell
es doctor en Física, especializado en Física Teórica. Colabora como divulgador
científico en diversos medios de comunicación.
 
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Viaje al interior de un agujero negro
(II Parte)
8-11-99
 
Javier y Andrés son dos intrépidos astronautas decididos a investigar los agujeros negros. Para ello escogen uno cuya masa es diez veces la del Sol y radio treinta kilómetros, situado en uno de los brazos espirales de la Vía Láctea. Este agujero negro apareció hace seis mil millones de años, después de la explosión tipo supernova de una estrella supergigante roja. Javier, aventurero y atrevido, será quien viaje a su interior. Andrés, pragmático y realista, se quedará en órbita observando el viaje.
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Una vez sincronizados sus relojes nuestro querido astronauta pone rumbo hacia él. Mientras se aproxima, Javier siente cómo el agujero negro tira más fuerte de sus pies que de su cabeza. Son las fuerzas de marea, debidas a la mayor intensidad de la gravedad cuanto más cerca se encuentra un punto del centro del objeto masivo. Como el campo gravitatorio terrestre es débil nuestros cuerpos no advierten este efecto, pero en el intenso campo creado por el agujero una diferencia de metro y medio es suficiente para apreciarlo. Por otro lado, Javier nota como si le comprimiesen lateralmente con una camisa de fuerza, pues todos los puntos de su cuerpo se dirigen al corazón del agujero. Esta combinación de estiramiento y compresión se incrementa de tal forma que tritura a nuestro desgraciado amigo convirtiéndolo, literalmente, en un largo fideo. En poco tiempo los restos del astronauta atraviesan la frontera que separa el interior del agujero negro del exterior: es el horizonte de sucesos o límite de no-retorno, donde la velocidad de escape coincide con la de la luz. Una vez traspasado resulta imposible salir ya que la velocidad de la luz define el límite físico a todas las velocidades de las partículas existentes en el universo.

Desde el punto de vista de Andrés las cosas son muy diferentes. Para él, cómodamente instalado en la tranquilidad de su órbita, el viaje de su amigo es absolutamente anormal. Todos los movimientos de Javier se van haciendo progresivamente más lentos. El tiempo en el interior de la nave discurre cada vez más despacio hasta detenerse completamente en el horizonte de sucesos: Andrés tendría que esperar un tiempo infinito para verle atravesar dicha superficie. Sin embargo para Javier el viaje ha durado un tiempo finito.

La elección ha sido completamente suicida. Un agujero negro de diez masas solares provoca en el horizonte de sucesos una aceleración quince millones de veces mayor que la terrestre. El cuerpo humano sólo puede soportar unas diez veces la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra, por lo que Javier habría dejado de existir a tres mil kilómetros del agujero. Para atravesar con cierta comodidad el horizonte de sucesos deberían haber escogido un agujero con una masa superior a cien mil masas solares. Estos sólo se encuentran en el centro de las galaxias. En este caso al atravesar el horizonte, y salvo las siempre presentes mareas, Javier no notaría nada extraordinario. Ninguna sacudida o cambio radical en la estructura del espacio anunciaría su llegada al horizonte de sucesos. Ya en el interior su inevitable destino es el de precipitarse al corazón del agujero negro. Desgraciadamente, ningún astronauta puede llegar vivo al centro de un objeto de Schwarzschild porque las intensísimas fuerzas de marea se encargan de pulverizarlo todo. Ese lugar tan extraño, donde se encuentra condensada toda su masa, recibe el nombre de singularidad. En ella la densidad y la gravedad toman un valor infinito. Constituye una ruptura total del espacio y del tiempo, el fin de la existencia de la materia. Para muchos es la mayor crisis que la física haya afrontado jamás. A su alrededor sólo hay vacío inundado de radiación y un infeliz astronauta dirigiéndose irremisiblemente hacia allí.

En rotación

En 1964 el físico neozelandés Roy Kerr encontró un nuevo modelo de agujero negro mucho mas realista. Sabemos que todos los objetos del universo se encuentran en rotación; así pues lo más sensato es considerar un agujero negro rotante. Si nuestros amigos Javier y Andrés hubiesen escogido un agujero de Kerr todo hubiera sido distinto... y sorprendente.

A cierta distancia, todavía lejos del horizonte de sucesos, Javier hubiera descubierto que le es imposible mantenerse quieto con respecto al fondo fijo de estrellas. El agujero negro, en su rotación, arrastra consigo el espacio al igual que la Tierra arrastra la atmósfera en su giro. Este gigantesco remolino cósmico recibe el nombre de ergosfera. Sí podemos escapar de ella porque aún no nos encontramos en el límite de no-retorno. No obstante, cualquier sonda que se aproximase al agujero negro por su zona ecuatorial sería despedazada por el choque con la ergosfera. Para entrar con ciertas garantías, Javier debe hacerlo por cualquiera de sus polos, donde no se produce este efecto. Una vez en su interior, nuestro viajero se vería arrastrado hacia el centro igual que en un agujero de Schwarzschild. No obstante esta situación no duraría mucho porque la rotación hace aparecer otro horizonte delante de él. Una vez cruzado, el cambio sería radical: Javier no sería arrastrado sin remisión hacia la singularidad central sino que ¡podría volar evitándola!. Esta diferencia fundamental entre ambos tipos de agujeros es debida a que la rotación hace que la singularidad no sea un punto matemático, sino un anillo tumbado sobre el plano ecuatorial.

¿Esto es todo? Una vez dentro, ¿no hay nada más? No. Si Javier viaja cuidadosamente por el interior del agujero negro, descubrirá una de las estructuras más fantásticas y seductoras del universo.

Agujeros de gusano

En el interior de los agujeros negros existen unas vías de escape que John Wheeler bautizó con el nombre de agujeros de gusano. Los agujeros negros son, en realidad, las bocas de entrada a todo un trazado de túneles que unen distintos puntos del universo entre sí. Para un agujero de Schwarzschild estas galerías se llaman puentes Einstein-Rosen. Estos corredores cósmicos sólo existen durante breves intervalos de tiempo. Son como los obturadores de las cámaras fotográficas y sólo pueden ser atravesados durante el breve tiempo en que se mantienen abiertos. Desgraciadamente, y con gran alegría de Einstein, a quien no le gustaba mucho la idea, para cruzarlos es necesario viajar a mayor velocidad que la luz. El viaje está prohibido.

En cambio en los agujeros de Kerr la situación es diferente. En ellos también existen estos pasadizos, ¡pero pueden ser atravesados a velocidades inferiores a la de la luz!. Si Javier pudiera cruzarlo aparecería en otro punto del universo y en otro tiempo distinto. Lamentablemente, tales galerías son extremadamente inestables a cualquier perturbación externa, y la más mínima partícula que entrase destruiría su frágil estructura. A efectos prácticos estas galerías de gusano, verdadera red de túneles que une todo el universo, son totalmente inservibles. Como todos los sucesos se encuentran encerrados dentro del espacio interior del agujero negro, Javier nunca podría salir para saludar a sus antepasados. A menos, claro, que su tecnología estuviese lo suficientemente avanzada para estabilizar tales estructuras e impedir su desplome, y además, conseguir la desaparición del molesto horizonte de sucesos.

Pero esa es otra historia...

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Más información:

Agujeros negros

. Los agujeros negros bien pudieran ser rotantes.

 

"La velocidad de

la luz define el

límite físico,

a todas las

velocidades de las

partículas del

universo"

 

. "Singularidad", donde se concentra la masa.

 

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