Los agujeros negros

Un agujero negro es una región del espacio donde la gravedad es tan intensa que nada que entre puede volver a salir, ni siquiera la luz. Su frontera no es una superficie material sino una condición geométrica llamada horizonte de sucesos: desde dentro, todas las trayectorias posibles apuntan hacia el centro, igual que desde fuera todas las trayectorias apuntan hacia el futuro. Cruzarlo no requiere ninguna sensación especial si el agujero es grande, y es irreversible por la misma razón por la que no se puede viajar al martes pasado.

La idea se adelantó dos veces antes de tener física que la sostuviera. John Michell en 1783 y Pierre-Simon Laplace en 1796 calcularon, con mecánica newtoniana y suponiendo que la luz tiene masa, qué tamaño debería tener una estrella para que su velocidad de escape superase la de la luz, y la llamaron estrella oscura. El cálculo da por casualidad el mismo radio que el correcto, pero la física es otra. La versión buena llegó en enero de 1916, apenas semanas después de que Einstein publicara las ecuaciones de campo de la relatividad general. Karl Schwarzschild, astrofísico alemán de cuarenta y dos años que servía como oficial de artillería en el frente ruso, resolvió exactamente el caso de una masa esférica aislada y envió la solución a Einstein desde la trinchera. Murió cuatro meses después de una enfermedad autoinmune contraída en el frente.

De su solución sale un radio característico, $r_s = 2GM/c^2$, que vale unos tres kilómetros para la masa del Sol y nueve milímetros para la de la Tierra. Durante cuarenta años se pensó que ese radio era una rareza matemática sin realidad física, porque ninguna estrella es tan compacta. Lo que cambió el estatus del problema fue la pregunta por el final de una estrella. Subrahmanyan Chandrasekhar calculó en 1931, con diecinueve años y durante la travesía en barco de la India a Inglaterra, que una enana blanca no puede sostenerse por encima de 1,4 masas solares; Arthur Eddington ridiculizó el resultado en público y retrasó su aceptación una década. En 1939, Robert Oppenheimer y Hartland Snyder describieron qué le ocurre a una esfera de materia que colapsa sin nada que la frene: vista desde fuera se congela al acercarse al horizonte, vista desde dentro atraviesa el horizonte en un tiempo finito. El nombre moderno lo popularizó John Wheeler en 1967, aunque no lo acuñó él.

Dos resultados teóricos de los años sesenta y setenta fijaron lo que se puede decir de ellos. Roger Penrose demostró en 1965, con una técnica topológica nueva, que la formación de una singularidad no es un artefacto de suponer simetría perfecta: cualquier colapso que atrape la luz conduce a ella, y por eso recibió el Nobel en 2020. Y el teorema de ausencia de pelo afirma que un agujero negro estacionario queda descrito por solo tres números, su masa, su momento angular y su carga eléctrica, de modo que dos agujeros formados a partir de materia completamente distinta son indistinguibles. Stephen Hawking añadió en 1974 el resultado más inesperado: los agujeros negros no son del todo negros, sino que emiten radiación térmica con una temperatura inversamente proporcional a su masa, lo que implica que se evaporan. De ahí nace la paradoja de la información, todavía sin resolver: si el agujero se evapora y la radiación es térmica, la información de lo que cayó parece desaparecer, cosa que la mecánica cuántica no permite.

Las pruebas observacionales llegaron en orden creciente de contundencia. Cygnus X-1, descubierta como fuente de rayos X en 1964 y estudiada a fondo desde 1971, fue durante décadas el mejor candidato, y Hawking apostó contra su propia convicción que no lo era, para tener consuelo si se equivocaba; pagó la apuesta en 1990. El segundo paso fue seguir durante treinta años las órbitas de estrellas individuales alrededor del centro de la galaxia: la estrella S2 completa una vuelta en dieciséis años alrededor de algo que tiene cuatro millones de masas solares en un volumen menor que el del sistema solar, trabajo por el que Reinhard Genzel y Andrea Ghez compartieron el Nobel de 2020 con Penrose. En 2015, LIGO detectó la señal de la fusión de dos agujeros negros a mil trescientos millones de años luz, lo que permitió por primera vez oír el fenómeno en lugar de inferirlo. Y en 2019, la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos publicó la imagen de la sombra del agujero del centro de M87, de seis mil quinientos millones de masas solares, obtenida combinando ocho radiotelescopios repartidos por el planeta. En 2022 hizo lo mismo con el del centro de nuestra galaxia.

La paradoja de los gemelos – El problema de los tres cuerpos – La paradoja de Fermi – El experimento de Michelson y Morley