Ni los sistemas planetarios, ni los asteroides, meteoritos y cometas, tampoco los cuásares ni las galaxias; uno de los elementos del universo que más intriga despierta en el hombre son los Agujeros Negros.
Ese interés particular quizás venga de la certeza de que todo lo que pase cerca de este espacio de dimensiones variables es tragado sin que exista posibilidad de escape alguno, ni siquiera la Luz lo logra.
La predicción de los agujeros negros tiene una larga historia. Durante mucho tiempo se pensó que se trataba de un tema de interés matemático y que en el universo no estaban dadas las condiciones para su formación. Pero no fue así.
Albert Einstein desarrolla después de mucho tiempo de trabajo la Teoría de la Relatividad General, en el que uno de sus productos es el concepto de Agujeros Negros. Lo que sigue después es una rica historia propia del mundo científico que merece ser contada con detalles que sólo los puede aportar un especialista.
Con ese fin visitó la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura de la UNNE el doctor Alejandro Perez*, docente del Centre de Physique Teorique Universidad Aix-Marseille (Francia), quien dictó un seminario sobre “Agujeros Negros y Gravedad Cuántica”.
“Curiosamente Einstein no entendió lo que era un Agujero Negro, a pesar de ser un producto del desarrollo de su Teoría de la Relatividad General. Creía imposible que ese resultado teórico pudiera manifestarse en la naturaleza en forma de colapso gravitacional tal como lo reflejaban sus cálculos”, expresó Perez.
Curiosamente Einstein no entendió lo que era un Agujero Negro
El que les da sentido a esas expresiones matemáticas es el físico alemán Karl Schwarzschild, quien encuentra la solución que describe el campo gravitacional de un cuerpo esféricamente simétrico, como puede ser una estrella o un planeta. Demostró cómo se comporta el espacio–tiempo alrededor de un cuerpo, dando consistencia al concepto de agujero negro.
-¿Pueden verse los agujeros negros?
En la actualidad hay cientos de observaciones que indican la existencia de agujeros negros. De hecho se cree que todas las galaxias contiene un agujero negro supermasivo en el centro. Supermasivo significa en el orden de millones de masas solares. Lo que se percibe, es un efecto colateral (jets) que se produce cuando el agujero negro absorbe un exceso de materia en la etapa primaria de formación de la galaxia. Como se tratan de galaxias jóvenes se las ven lejos. En algún momento el agujero negro termina de comerse toda la materia que está en la vecindad y esos jets desaparecen.
-Saber de la existencia de los agujeros negros, ¿es una forma de conocer los elementos que componen una galaxia?
No es mi especialidad analizar estos temas. Solo puedo decir que hay muchas preguntas abiertas con respecto a la formación de galaxias y la existencia de este agujero negro central es aparentemente muy importante. Por ejemplo, durante ese período donde están los jets o chorros hay tanta radiación en la galaxia, que la presión de radiación prohíbe o evita la formación estelar. Hay que esperar que la galaxia evacúe toda esa basura cercana al centro y que estos chorros desaparezcan para que aparezca la formación estándar de estrellas del tipo de las que tenemos en el sistema solar.
-¿Hay evidencia observacional del agujero negro central de la Vía Láctea?
Si lo hay. No se perciben jets porque la porque la galaxia es lo suficientemente madura y no hay más material cerca del centro que lo genere. Pero hay estrellas que orbitan alrededor de este agujero negro supermasivo. Al agujero negro de la vía láctea no se lo ve de forma directa, pero sí a las estrellas que giran alrededor de una fuente gravitacional. Estudiando las órbitas de estas estrellas se puede inferir las masas del agujero negro que está ahí.
-¿Qué pasa con la materia que cae dentro del agujero negro?
Se sabe un poco pero no todo lo que ocurre ahí. Justamente ese es uno de los puntos que abre las puertas a esa nueva teoría que hace falta y que se llama la gravedad cuántica. Sabemos que una vez que atraviesa la frontera (horizonte de eventos), la materia es comprimida, colapsa hacia el interior de manera indefinida. No hay ningún tipo de fuerza conocida que pueda evitar ese colapso gravitacional. Por lo tanto la materia que cae adentro de un agujero negro es comprimida sin límites -según la relatividad general-. Por supuesto, las divergencias de ese tipo son cosas que uno cree no son físicas, y es simplemente una predicción de una teoría que es una aproximación a la realidad.
-Cambiando de tema, hablemos sobre la Expansión del Universo. Hubo teorías que lo negaban, ¿Cómo se expande?, ¿Qué fenómenos generan esta expansión?
El Universo observable está en expansión y hay evidencia observacional directa desde los años 50. Edwin Hubble observó que las galaxias vecinas se alejan de nosotros a velocidades proporcionales a las distancias que nos separan de las demás. Es un hecho, hay consenso absoluto. Lo curioso es que según la relatividad general esa expansión debería ir desacelerándose debido a la atracción gravitacional entre galaxias. Pero no, observaciones de más de 20 años señalan que la expansión es cada vez más veloz a medida que transcurre el tiempo.
-¿Qué fenómeno hace que se expanda rápido?
A primera vista se pensaba que la expansión no era posible porque la gravedad genera atracción. Las primeras ecuaciones que Einstein desarrolló en los principios de la relatividad, indicaban que el universo estaría expandiéndose o bien contrayéndose. Einstien no lograba darle un sentido a esas conclusiones, porque en el momento en que su teoría había sido desarrollada, todavía no existían evidencias que el universo se expende.
Al revisar sus ecuaciones, Einstein introdujo un efecto repulsivo que compensara la tendencia gravitatoria al colapso que se produciría en un universo estático. A ese efecto repulsivo lo denominó Constante Cosmológica (CC).
Cuando creía que había dado una explicación a sus ecuaciones, aparece Hubble demostrando que el Universo se expande, lo que lo lleva a decir a Einstein que la CC “era el más grande de sus errores”. Lo curioso es que esta expansión del universo que hoy se sabe acelerada, el modelo que mejor lo explica es el de la CC.
-Este modelo de la CC, ¿es aceptado en el ambiente científico?
Lo que está claro es que se trata del mejor modelo que explica la expansión del universo. Queda aún pendiente asignarle un valor fijo para ajustar las observaciones. Hasta el momento los desarrollos basados en argumentos teóricos dan: que la CC debería ser “0” ó en los 120 órdenes de magnitud más grande de lo que se mide. Lo que no hay consenso en la comunidad científica es en el origen de la CC, se piensa que debe existir una explicación más fundada al respecto.
-¿Qué relación guarda la CC con el concepto de “energía oscura”?
La energía oscura es la fuerza misteriosa que explica que el universo se expanda cada vez más rápido. Hay observaciones que demuestran que esta energía se comporta como la CC de Einstein con una precisión considerable. De ahí que se la utilice como herramienta para conocer más acerca de su origen. En esa aventura de sacarle la calificación de “misteriosa” y darle una entidad, nuestro grupo utiliza un escenario de escalas muy pequeñas en el que la mecánica cuántica formula que cualquier vacío se llena con el movimiento de los campos cuánticos. Esta definición da pie a considerar la energía oscura como una energía presente en todos lados, y que el espacio vacío… “no está vacío del todo”.
-Usted hizo hincapié en que para explicar el origen de la CC utilizan un modelo de escalas muy pequeñas. ¿A qué se debe?
Porque es un camino distinto al utilizado por Einstein que desarrolló su teoría de la relatividad para objetos para escalas grandes (planetas, estrellas y galaxias). El modelo que nosotros utilizamos es el de la escala cuántica (pequeñas). Son dos escenarios distintos. Durante décadas se buscó una teoría que unifique ambos campos, el de la “gravedad cuántica”, pero no se la obtuvo aún.
-¿Qué es lo nuevo en esa aventura por conocer el origen de la CC?.
El mecanismo que postulamos da lugar a números que son bastantes más cercanos a las observaciones. Se trata de un modelo fenomenológico en el que proponemos que el espacio (en apariencia vacío) está compuesto por una estructura discreta de átomos muy pequeños, imperceptibles del orden de 10 a la menos 33 centímetros en la escala de Planck. Este entramado de átomos discretos absorbe energía producto de la fricción con la materia (planetas y demás elementos del universo) generando un flujo constante que hace que el universo se expanda de manera acelerada.
