¿Pueden los agujeros negros emitir radiación y evaporarse?

“Solía pensar que la información era destruida dentro de un agujero negro. Éste fue mi mayor error, o al menos mi mayor error en la ciencia”.

Stephen Hawking (1942-2018) 

Tal vez, los objetos más exóticos y paradójicamente más simples que conocemos en el Universo sean los Agujeros Negros. El nombre para designarlos fue acuñado por el físico estadounidense John Wheeler (1911-2008) quien, en su momento, fue uno de los personajes que reavivaron el interés por la teoría de la Relatividad en los Estados Unidos. 

Y es que, sin la teoría de la Relatividad General de Albert Einstein, no podríamos siquiera hablar de la existencia de estos objetos que, básicamente, se producen en el núcleo de las galaxias y en estrellas de mucha masa que terminan sus días explotando como supernovas y que son consecuencia de la curvatura extrema del espacio-tiempo. 

Antes de Einstein, se creía que la gravedad era solamente una fuerza que atraía materia y que lo hacía mediante un éter que permeaba todo el universo. Con la llegada de la Relatividad se supo que la gravedad es una consecuencia más de la curvatura del espacio-tiempo y que la fuerza de atracción entre los objetos es producto de que tan prolongada sea esta curvatura. 

Uno de los primeros físicos en producir la primera solución exacta a las ecuaciones de de la Teoría General de la Relatividad fue Karl Schwarzschild , quien en 1916 se dio cuenta que si la materia era confinada en un radio muy pequeño, habría una curvatura y una densidad infinitas -una singularidad- en su centro.

Los “infinitos” son mal vistos en ciencia porque no producen resultados concretos. Referirnos al infinito es hablar de un espacio que no tiene límites y que, al no tenerlos, es imposible calcularlo, por lo que tanto Einstein como Schwarzschild no creyeron que objetos de este tipo pudieran existir en el Universo. 

No fue sino hasta los años setenta cuando surgieron las primeras evidencias sobre la existencia de los agujeros negros. Fue en estos años cuando se supo que la curvatura del espacio-tiempo es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar de la influencia de estos monstruos cósmicos. Desde entonces, la singularidad que se produce dentro de un agujero negro sigue siendo uno de los grandes misterios de la física. 

El gran problema de la singularidad en los agujeros negros, no es tanto que se de la posibilidad de la existencia del infinito como una entidad en donde no se puedan cuantificar los resultados de observación sino, más bien, que la propia Teoría de la Relatividad deja de funcionar allí. De hecho, como lo han señalado algunos científicos de renombre como Paul Chesler, Ramesh Narayan y Erik Curiel de la Universidad de Harvard, la singularidad de un agujero negro debe ser tratada no desde la Teoría de la Relatividad General, sino desde la perspectiva de una descripción de la gravedad pero desde la visión de la mecánica cuántica. 

En 1963, el matemático Roy Kerr resolvió las ecuaciones de Einstein para un agujero negro en rotación pero, el problema que surge con este tipo de agujeros, es que los objetos que rotan tienen protuberancias en el centro y, por lo tanto, carecen de simetría esférico. Esto quiere decir que, un objeto que se encuentra en rotación, presenta una deformación importante -producto de esta rotación- que lo hace difícil de medir en términos matemáticos. De hecho, la solución de Kerr es capaz de describir la región alrededor del agujero negro, pero no de su interior, por lo que podemos concluir que en el Universo podrían existir dos tipos de agujeros negros: aquellos que rotan y aquellos que no lo hacen. Hasta el momento no se sabe a ciencia cierta cuáles son los que lo hacen -ni por qué lo hacen- y por qué existen otros que no rotan. 

De acuerdo con las últimas investigaciones al respecto, de las que dan cuenta Chesler, Narayan y Curiel, existiría un tipo de singularidad específica para cada uno de los tipos de agujeros negros mencionados, por lo que cada uno de ellos tiene un horizonte de sucesos específicos. 

Las singularidades están presentes en todos los agujeros negros y de hecho son consecuencia de la propia Teoría General de la Relatividad. En una singularidad, la luz no puede escapar de un agujero negro, y por lo tanto, ya que la herramienta que utilizan los astrónomos para observar el Universo es precisamente la luz, entonces sin la presencia de ella, están prácticamente ciegos: no pueden hacer predicciones fiables y lo único que les queda son las matemáticas, esa herramienta tan necesaria y fundamental a la hora de crear modelos teóricos que les ha servido para poder develar cosas tan interesantes como que no solamente la luz no puede escapar de un agujero negro, sino que la propia materia no puede salir una vez que cae en la singularidad de uno de ellos. 

Hay que decir también que en toda singularidad existe un horizonte de sucesos, que es una especie de membrana que se encuentra dentro de la singularidad y que es el sitio que divide lo que sucede fuera y dentro de un agujero negro.

Es posible que quien más allá aportado al estudio teórico de los Agujeros Negros haya sido Stephen Hawking, quien propuso en los años setenta la posibilidad de que este tipo de objetos tengan temperatura y, al tenerla, produzcan radiación. A esto se le conoce como la Radiación de Hawking y hoy resulta fundamental para comprender todos los procesos que se producen en el interior de un horizonte de sucesos. De hecho, con Hawking se inaugura lo que hoy es la Gravedad Cuántica, que es una rama relativamente nueva de la física que estudia los efectos cuánticos sobre la gravedad, es decir, sobre la propia estructura del espacio y el tiempo ya que, como hemos dicho, la fuerza de gravedad es tan solo una consecuencia de la curvatura del espacio y el tiempo que llega a ser extrema en un agujero negro. 

La radiación de Hawking nos ofrece un panorama nuevo para entender lo que sucede dentro de estos misteriosos objetos. De ella podemos decir que es una radiación que se genera en el horizonte de sucesos y que obedece puramente a efectos cuánticos. 

La idea central de esta radiación es que los agujeros negros pierden masa y que, si no hay una fuente que los esté alimentando continuamente, llegará un momento en que se evaporarán. Pero la pregunta sigue siendo y parece no tener respuesta: ¿a dónde va toda la información luego de que un agujero negro desaparece? ¿Ésta vuelve a ser irradiada al espacio o, por el contrario, queda en algún sitio que hasta ahora desconocemos como podría ser otra dimensión espacio-temporal? De acuerdo con las leyes de la cuántica, cuando la materia cae en un agujero negro la información no puede desaparecer ni mucho menos puede ser destruida. Si partimos de esta premisa: ¿entonces en dónde queda la información? Pareciera que es un asunto bastante complejo de resolver en estos momentos, el cual requiere de investigaciones más profundas. El problema es que, como ya hemos señalado, no podemos estudiar directamente a un agujero negro; solamente podemos saber de él, someramente, a partir de la radiación que emite la materia cuando cae dentro dentro de uno de ellos. ¿De dónde partir entonces si aún desconocemos cuáles son los principios en los que está basada la física cuántica? Creo que primero que nada -para entender a un agujero negro- los físicos deben de llegar a una teoría donde se puede unificar la gravedad con la mecánica cuántica, lo que hasta ahora ha sido imposible. Llegar a una teoría final de la física donde se haga coincidir a través de leyes lo que sucede en el microcosmos (gobernado por las leyes cuánticas) y el macrocosmos (gobernado por la fuerza de gravedad) resulta difícil porque las leyes del macrocosmos son distintas a las del microcosmos, por lo que aún queda mucho por estudiar y no sé si nuestra generación estará presente para verlo o no. 

A %d blogueros les gusta esto:
search previous next tag category expand menu location phone mail time cart zoom edit close