Singularidades y abismos cósmicos infernales
El hecho de que la teoría general de la relatividad de Einstein predijese así unas singularidades, determinó una crisis en la física.
Agujeros negros y pequeños universos. Stephen Hawking.
Al incorporarme de nuevo a mi turno de guardia, Sandoval todavía se encontraba allí, en el puente. Estaba impaciente por tener un momento para hablar conmigo:
—¡Ah, Rebeca! La esperaba —dijo con inquietud.
—Todavía está usted aquí. ¿Ha ocurrido algo? —pregunté.
—Solo cosas buenas. La nave ya ha zarpado rumbo a Urano y no puedo sentirme más optimista. Argento es todo un hallazgo. ¡Qué nauta tan capaz! Ese hombre está siempre preparado para todo. Cualquier contingencia que pueda imaginar, antes de que ocurra, él ya la tiene prevista. Con él nunca hay problemas, siempre soluciones.
—Es verdad —dije, mientras recordaba que gracias a él mis padres ahora estaban mucho más tranquilos.
—Pero yo la esperaba a usted, Rebeca, y es que no podemos olvidar nuestras charlas regulares sobre agujeros negros. Necesitamos estar preparados para cuando nos enfrentemos a la bestia cósmica. Tenemos que conocerla y entenderla, para protegernos de sus fortalezas y saber atacar en sus debilidades.
—Estoy preparada. Comience cuando quiera.
Sandoval suspiró. Parecía cansado. Llevaba más de doce horas en el puente, pero su entusiasmo era tal que trabajaba más que nadie. No parecía importarle. Acostumbrada a navegar bajo el mando de demasiados cefalópodos incompetentes, Sandoval era sin duda el mejor capitán que nunca había tenido. Era un placer trabajar con él.
—Como ya habíamos comentado, los primeros modelos de los agujeros negros se construyeron partiendo de la solución de Schwarzschild. El modelo de Schwarzschild se había construido con las herramientas que proporcionaba la relatividad general de Einstein y era muy sencillo. Los trabajos de Robert Oppenheimer basados en este modelo mostraban un agujero negro en cuyo centro residía concentrada la totalidad de su masa, en un punto de densidad y gravedad infinitas llamado singularidad donde las leyes de la física tal como las entendemos perdían todo el sentido.
—Sí, lo que viene siendo un agujero negro —dije.
—El matemático norteño Roger Penrose demostró rigurosamente, partiendo de condiciones muy generales, que una vez que se ha iniciado el colapso de una estrella moribunda, superado cierto punto crítico, la implosión era inevitable hasta formar la singularidad.
—La singularidad era inevitable... Permítame una pregunta, Sandoval: ¿qué le pasaría a un astronauta que se acercara demasiado a una singularidad?
—Un astronauta que cayese en un agujero negro, una vez superado el horizonte de sucesos, es decir, una vez que cayese en las fauces de la bestia cósmica, no podría volver a salir. Su caída hacia la singularidad sería inevitable.
—Pobre astronauta.
—Entonces, al acercarse a la singularidad, comenzaría a sentir los efectos de la marea gravitatoria...
—La marea lo comprimiría transversalmente y lo estiraría longitudinalmente, transformando al desafortunado astronauta en un larguísimo espagueti.
—Algunos desarrollos, esta vez realizados en una zona norteña muy belicosa antiguamente denominada Rusia, hoy totalmente destruida por guerras atroces, en vez de describir la singularidad como una zona perfectamente definida, mostraron que era más realista presentarla como una zona caótica, fuertemente aleatoria e indefinida, en la que los efectos de marea afectaban de forma probabilística.
—¿Caótica?
—Sí. Cuando nuestro astronauta caía y se acercaba a la singularidad los efectos de marea no lo convertían en un larguísimo espagueti, más bien lo comprimían y estiraban de forma caótica y por todos lados, como cuando amasas el pan antes de cocerlo.
—El pobre astronauta sería amasado... ¡Qué imagen tan desagradable!
El gesto de mi rostro hizo que Sandoval no pudiera evitar una sonrisa, parecía disfrutar con la explicación.
—Volviendo al agujero negro de Schwarzschild, este era muy sencillo, con un horizonte de sucesos esférico en cuyo centro había un punto de densidad y gravedad infinitas, la singularidad. Por desgracia, eso popularizó una visión del agujero negro muy simplificada y profundamente irreal.
—¿Quiere decir que no son así, Sandoval?
—Se demostró que un agujero negro queda caracterizado cuando se conoce su masa, su giro y su carga eléctrica, pero el modelo de Schwarzschild desarrollado solo tenía masa.
—Se podía ir más allá.
—Eso es. Décadas después, nuevas generaciones de físicos como Roy Kerr y después Ezra Ted Newman aplicaron las ecuaciones de Einstein en condiciones mucho más realistas que las de Schwarzschild, describiendo colapsos gravitatorios más sofisticados y realistas.
—Sandoval, todo esto lo desconocía...
—En estos nuevos modelos la masa que colapsaba tenía rotación y carga eléctrica, dando lugar a agujeros mucho más realistas, con propiedades sorprendentes, muy distintas de las del modelo de juguete de Schwarzschild.
—¡Ah!, no lo sabía.
—En estos modelos realistas con agujeros negros que rotan violentamente la singularidad no es un punto, pues tiene forma de anillo. Además, el horizonte de sucesos está achatado, no es esférico.
—¿No es esférico?
—Y en el exterior, fuera del horizonte, aparece una zona denominada ergosfera, en la que el propio tapiz de espacio-tiempo gira como en un gran torbellino, como en un tornado, produciendo fenómenos de altísima energía.
—Me inquieta. ¿Eso es lo que vamos a encontrar en nuestro agujero negro?
—Estos fenómenos violentísimos se manifiestan especialmente en los agujeros negros supermasivos. Hoy se considera que los mecanismos relacionados con la rotación y la carga eléctrica son los que hacen funcionar los cuásares, los fenómenos más violentos, formidables y distantes del universo observable.
—Entonces esto es para agujeros supermasivos. Entiendo que el nuestro será un poco más pequeño.
—Fue Roger Penrose quien mostró que los agujeros negros que rotan, gracias al torbellino de espacio-tiempo que los rodea, facilitan una fuente de energía casi inagotable.
—Energía ilimitada. Un motor relativista. Un agujero negro es una fuente de energía sin fin...
—Casi ilimitada. En el centro de las galaxias hay agujeros negros de millones de masas solares (miles de millones en los cuásares). Algunos están activos, engullendo estrellas sin parar, emitiendo por sus polos intensísimos chorros de partículas a velocidades relativistas y produciendo con su torbellino los fenómenos más violentos conocidos, solo superados por El Gran Estallido. Por suerte, el agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, está inactivo, y no devora mucha materia.
—Habíamos hablado del agujero negro que nace del colapso de una estrella moribunda, que puede tener varias decenas de masas solares, pero, ¿cual es el origen del abismo supermasivo presente en el centro de las galaxias?
—Se desconoce. Al comienzo del siglo XXI empezaron a observarlos directamente tomando las primeras imágenes. Hablamos de dos tipos de agujeros negros distintos: uno es el que nace del colapso de una estrella; el otro el del centro de las galaxias. Son diferentes y ambos muy reales.
—Entiendo.
—Se han hecho muchas cosas con la relatividad general, hay numerosos desarrollos. Si empezara no hablaría de otra cosa. Las simulaciones de neurordenador mostraron que los agujeros negros son complejos, dinámicos, y que (bajo ciertas condiciones, como cuando engullen un objeto masivo) sus horizontes de sucesos laten, vibran, tienen pulsaciones y emiten unas ondas llamadas ondas gravitatorias.
—¡Guau! Fascinante.
—Hasta aquí llegamos con la Teoría de la Relatividad General. Para seguir con nuestro análisis, necesitaremos teorías más sofisticadas.
—Hay vida más allá de Einstein.
—No lo dude, Rebeca. Lo interesante comienza cuando se va más allá de Einstein.
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