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La humanidad frente al abismo cósmico

Jorge Colorado

 
 

El 10 de abril de 2019, un círculo de color rojo con un espacio oscuro en el centro atrajo las miradas de todo el mundo. La fotografía, histórica, alteró la cotidianidad de las redes sociales,  habituadas últimamente a inútiles discusiones entre quienes están a favor o en contra de cualquier cosa. La primera fotografía de un agujero negro en la historia provocó que los memes, las fotos de gatos, las teorías de la conspiración (o alguna declaración cínica de algún político) pasaran a segundo plano.

Los agujeros negros, junto con Marte, el SETI (Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre) y si Plutón es un planeta o no, son los temas favoritos del gran público. Los agujeros negros gozan de gran salud mediática, cualquier publicación llama la atención de inmediato porque hay algo misterioso en ellos ¡Qué decir! Un agujero negro en sí mismo es un enorme misterio y constituye uno de los objetos más fascinantes y complejos del universo.

Pareciera que su descubrimiento es cosa nueva, pero la consideración de su existencia ya lleva varios siglos. El primer científico que propuso algo parecido a un agujero negro fue el geólogo John Michell con su famosa “estrella negra” que vendría siendo la versión newtoniana de un agujero negro del siglo XVIII.

Por supuesto que para la época de Michell los agujeros negros como los conocemos en el siglo XXI no habían sido ni siquiera considerados. La formulación hipotética de su existencia tuvo que pasar por todo el desarrollo de la matemática del siglo XIX y un enorme compendio de observaciones y mediciones  astronómicas y físicas. Todo este trabajo de generaciones de científicos sirvió de plataforma para que a principios del siglo XX uno de los personajes más populares, destacables e influyentes de la historia del mundo plantearan una teoría que revolucionó nuestra visión del universo.

Me refiero a Albert Einstein.

Los agujeros negros como objeto real fueron considerados desde la teoría mucho antes de que la astronomía comenzara a coleccionar una serie de pruebas que dieran sospechas de su existencia. Un poco como nos sucede hoy en día con los agujeros de gusanos; en la teoría de la relatividad general se permiten tales cosas, pero al momento nunca ha sido observado ni detectado uno.

Las ecuaciones de campo gravitatorio de la teoría general de la relatividad de Einstein prácticamente dieron un golpe en la mesa a la cosmología clásica y la transformó en una visión del cosmos moderna. Dentro de esa nueva forma de ver el universo, el matemático alemán Karl Schwarzschild le comunicó a Einstein que si se ponía a jugar hipotéticamente con la masa de una estrella, perfectamente simétrica y estática, y la comprimiera de forma tal hasta un punto donde el radio de esa estrella hipotética fuera tan ridículamente pequeño, el espacio-tiempo sufriría una enorme deformación que colapsara sobre sí mismo hasta el infinito.

Hoy conocemos a ese punto de no retorno como el radio Schwarzschild y nos dice que cualquier masa puede convertirse en un agujero negro si su masa es colapsada hasta el radio de Schwarzschild.

Imaginemos que tenemos el poder de uno de los personajes más interesantes de Star Trek, un ser omnipotente llamado “Q” quien tiene el poder de hacer cualquier cosa en este universo con solo tronar los dedos. Pues para que Q logre hacer que nuestro sol alcance el radio de Schwarzschild y llevarlo a las puertas de un agujero negro,  tendría que comprimir al Sol hasta un radio de 2.95 kilómetros. Ahora imaginemos que Q se pone a jugar con nuestro planeta, para que la Tierra alcance su particular radio de Schwarzschild y colapse como un agujero negro, Q tendría que comprimir tanto el planeta a tal punto que sus 6,378 km bajaran hasta 0.88 centímetros, casi del tamaño de una canica (o chibola como decimos en El Salvador).

A Einstein le pareció interesante la postura de Schwarzschild, lo felicitó pero no consideró que tal cosa pudiera existir en el universo. A veces Einstein, pese a su genialidad, se negaba a reconocer las maravillosas y exóticas implicaciones de sus propios trabajos. Sea lo que fuera el caso es que otro físico, Robert Oppenheimer, sí concluyó que lo que planteaba Schwarzschild era correcto y posible:  una estrella podría colapsar en sí misma de tal forma que pudiera alcanzar el radio de Schwarzschild.

En la década de 1960, pocos años después de la muerte de Einstein, varios teóricos como Roberto Penrose, John Wheeler, Freeman Dyson (famoso por el planteamiento de hipotética esfera Dyson) y un joven entonces poco conocido llamado Stephen Hawking, ya teorizaban los colapsos gravitatorios de las estrellas como un hecho real.

A este punto cualquiera podría preguntarse: ¿Cómo puede ser que una estrella colapse en sí misma si las estrellas parecen estar brillando sin problema y sin cambio alguno?

La verdad es que ni todas las estrellas que vemos en el cielo, ni todas las del universo son iguales, poseen diferentes masas y aunque se pueden clasificar en grupos y algunas pertenezcan a cúmulos y tengan casi la misma edad, en general las estrellas que vemos en el cielo, que brillan en nuestra galaxia y en todas las galaxias del universo, se encuentran en períodos evolutivos diferentes. Tal cosa tiene serias implicaciones en los elementos que posee una estrella en particular como su “atmósfera” y el tamaño y color que pueda llegar a tener.

Y la astronomía tiene mediciones precisas sobre cómo se comportan las estrellas en su interior. La evolución estelar es un hecho científico más allá de toda duda. Se sabe porque se ha estudiado meticulosamente la luz que procede de ellas utilizando aparatos muy sensibles llamados espectrómetros, que descomponen la luz estelar en espectros de colores donde se puede ubicar líneas que indican qué elementos químicos se encuentran en una estrella en particular.

En su gran mayoría, las estrellas poseen hidrógeno, por algo es el elemento más común del universo, pero también poseen elementos más pesados como el helio, el calcio, carbono, nitrógeno, oxígeno e incluso hierro (los astrónomos llaman a los elementos más pesados que el helio como metálicos, aunque no sean metales). ¿Cómo han llegado estos elementos a las estrellas? Pues estos son sintetizados dentro de ellas a través de una reacción llamada nucleosíntesis nuclear. De los muchos procesos que existen, el más común es el que ocurre con dos átomos de hidrógeno, los cuales se fusionan y forman un átomo de helio. Aunque parece sencillo, es un fenómeno muy complicado donde la energía resultante de tal fenómeno es un fotón y de ahí es la razón del porqué las estrellas emiten luz propia.

Dependiendo de la masa de la estrella, así irá sintetizando elementos más pesados por varios miles de millones de años. Sin embargo, cuando el hidrógeno vaya menguando, las estrellas cambian de color y tamaño, una estrella vieja es grande y roja y eventualmente será tan enorme que se desestabilizará e irá perdiendo capas formando una nebulosa. Ese será el futuro de nuestro sol en unos cinco mil millones de años.

Pero hay otro camino hacia el fin de una estrella mucho más masiva que nuestro sol (entre 30 y 70 masas solares). Ese fin no es tan pacífico como para perder capas, en este caso el núcleo de la estrella se desequilibra en función a las capas exteriores, y esto provoca que la estrella colapse y se comprima en sí misma. La compresión puede llegar a tal punto que el derrumbe provoque la formación de un agujero negro y de paso genere una enorme onda de choque dentro de la estrella haciendo que esta explote en algo que llamamos supernova.

Por unas horas la estrella moribunda brillará más que todas las estrellas de su galaxia.

Supernova en una galaxia lejana. Imagen cortesía de Asociación Salvadoreña de Astronomía.
 
Supernova en una galaxia lejana. Imagen cortesía de Asociación Salvadoreña de Astronomía.

La ciencia sabe que tal cosa ha ocurrido antes; hemos observado supernovas en varias galaxias lejanas. También se han detectado ondas gravitacionales que sugieren que existen agujeros negros, y se ha visto un extraño movimiento en las estrellas del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, donde las estrellas parecen moverse alrededor de un centro de gravedad que podría ser un agujero negro.

También se ha visto chorros de gases de plasma que son eyectados desde el centro galaxias, particularmente en el centro una galaxia ubicada a 55 millones de años luz de la Tierra en la constelación de Virgo, llamada Messier 87 o M87.

Chorro de plasma del núcleo de la Galaxia M87. Imagen de Hubble Heritage Team (STScI /AURA), NASA.
 
Chorro de plasma del núcleo de la Galaxia M87. Imagen de Hubble Heritage Team (STScI /AURA), NASA.

La M87 es una galaxia fácilmente visible utilizando un telescopio de aficionados con una apertura mínima de 4.5” en un cielo oscuro. Esa galaxia en particular ha tomado importancia en los últimos días porque en el centro de ella fue que se obtuvo la imagen del agujero negro que puso a todo el mundo interesado.

En realidad no se utilizó un telescopio óptico para obtener la foto de la galaxia, se utilizó otro tipo de aparato: uno llamado radiotelescopio, el cual estudia la luz en otra longitud de onda diferente a un telescopio de espejos o lentes. Los radiotelescopios son antenas que detectan señales que proceden del espacio en la ventana del radio o microondas. En el caso del agujero negro de la M87 no se utilizó un solo radiotelescopio, se usaron ocho de ellos distribuidos entre Estados Unidos, Chile, México, Francia y la Antártida.

La técnica para que ocho radiotelescopios trabajen como uno solo se denomina interferometría, en este caso las ocho antenas formaron un solo radiotelescopio llamado EHT Event Horizon Telescope (Telescopio del Horizonte de Sucesos).

Quizás lo más complejo de la investigación fue poner a trabajar un mismo proyecto a cientos de matemáticos, físicos, ingenieros, astrónomos, técnicos, analistas de datos y personal administrativo en un solo objetivo, capturar la señal del agujero negro en el centro de la M87.

Después del período de observación que ocurrió durante diez días del mes de abril de 2017, los datos tuvieron que ser guardados en discos duros de alta capacidad (se obtuvieron 5 pentabytes de información que equivales a 5 millones de gigabytes) para luego ser depurada, analizada por medio de supercomputadoras, para finalmente construir una imagen digital que pudiera ser comprensible a la visión humana.

La imagen obtenida podría inquietar a algunas personas, otros podrían considerar poco atractiva si la comparamos con cualquier imagen del telescopio Hubble; y también habría que considerar que cuando se anunció que la imagen sería presentada a los medios de comunicación, muchos esperaban una fotografía parecida al agujero negro que aparece en la película Interestelar.

Pero no, la primera imagen real de un agujero negro es un círculo de color rojo con un espacio oscuro en medio.

Imagen de agujero negro M87. Imagen de Event Horizon Telescope.
 
Imagen de agujero negro M87. Imagen de Event Horizon Telescope.

Podrá ser poco atractiva, pero al analizarla con un poco de más detalle nos deja sin aliento.

Ese círculo rojo y amarillo, que las computadoras han interpretado y los científicos han coloreado de color rojo-amarillo-naranja, representa un anillo de gas supercaliente que rodea a uno de los lugares más exóticos y misteriosos del universo.

Ese anillo brillante marca la frontera de la física de este universo. Más adentro, en ese círculo negro, el espacio-tiempo se dobla, se retuerce, se deforma de manera tal que la realidad tal como la conocemos en nuestro día a día desaparece. Si cambiamos la perspectiva y transformáramos el universo en dos dimensiones, ese agujero oscuro equivaldría a un enorme embudo producido por la deformación del espacio.

¿Qué hay más allá? Los más optimistas creen que la entrada de un agujero negro es la salida a otro universo, como que si fuera una puerta hacia una dimensión desconocida, pero no hay nada que haga creer que tal cosa es cierta. Lo que sí sabemos es que cualquier objeto que caiga al agujero, que se precipite más allá del horizonte de sucesos, adicionará más masa al agujero negro y contribuirá a la deformación del espacio-tiempo. Una deformación tan extrema, como diría el divulgador científico nicaragüense Julio Vannini, que sería como el cable de nuestros audífonos hechos nudo luego de mantenerlos todo el día dentro de nuestra bolsa; es decir, no hay salida.

¿O sí? Stephen Hawking consideró que hay una probabilidad muy pequeña de que cada cierto tiempo los agujeros negros en rotación puedan perder un poco de masa a través de la generación de partículas. Tal emisión se le bautizó como la radiación Hawking, así que podría ser que los agujeros negros estén condenados a desaparecer en el futuro, pero un futuro tan distante que para entonces no existirán ni las galaxias ni las estrellas y el universo será un lugar frío y de máxima entropía, donde lo único que quede serán agujeros negros muriendo lentamente por la radiación Hawking.

La foto del agujero de la M87 aporta datos importantes para la ciencia; confirma lo que sabíamos y que había intuido Karl Schwarzschild a través del trabajo de Einstein. También aporta técnicas que no habían sido realizadas antes: el poder de depurar, organizar, darle sentido y generar un gráfico de grandes cantidades de información tendrá segura aplicación en campos tan distantes como la economía, medicina, tratamiento de imágenes, entre muchos otros. Pero también aporta a la descripción que nuestra especie humana está haciendo de la realidad; en poco menos de cuatro siglos, hemos pasado de observar a la Luna con un pequeño telescopio a un objeto que en su interior transgrede la física tal y como la conocemos.

La imagen llama a la reflexión. Edgar Castro, un divulgador de ciencia guatemalteco, un día después que se hizo pública la fotografía del agujero negro, se preguntaba: “¿Qué hacemos aquí? ¿Cuál es el objetivo de todo eso?”. Esa es la pregunta, obligada y reflexiva, que nos hemos estado haciendo desde que nuestra especie dejó África hace unos 100,000 años para poblar todos los continentes. Podríamos tener diferentes respuestas para la pregunta, dependiendo del momento histórico o cultura de la persona, o aspectos sociológicos particulares como la religiosidad o la visión particular del mundo.

Pero lo que sí sabemos (y es un hecho comprobado) es que el universo es misterioso y que nuestra existencia humana es efímera, que nunca tendremos todas las respuestas porque por cada respuesta se abren cientos de preguntas más. Los humanos somos como las olas que se levantan y desparecen en el medio del mar; que no dejan rastro y que duran un par de segundos. Que todo este cosmos de estrellas muertas y colapsadas sobre sí mismas, que deforman el espacio-tiempo, simplemente “es así”;  que su ocurrencia no tiene mayor sentido que el que le dan unos monos bípedos con pulgares oponibles que poseen cultura, ciencia y tecnología y que se maravillan cuando se asoman a contemplar el abismo.


*Jorge Colorado ha sido colaborador de El Faro desde 2004. Es un salvadoreño divulgador de la ciencia, antropólogo con una maestría en Metodología de la Investigación Científica y un posgrado en Administración de la Ciencia. Ha sido docente universitario e investigador, fue miembro fundador y presidente de la Asociación Salvadoreña de Astronomía. Actualmente radica en la ciudad de New York. Twitter: @antroastronomo Facebook: https://www.facebook.com/cienciacolorado/ Canal YouTube: https://www.youtube.com/user/jorcolor

 

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