Como seguramente saben, su grupo de nerds y escépticos favorito – yo soy ambas – se reunió hace unos cuantos días a degustar del cuarto episodio de la serie Cosmos: A Space-time oddyssey y, también como siempre, al final tuvimos la oportunidad de amable y respetuosamente intercambiar ideas, conceptos y dudas generadas por la proyección.
Una de las preguntas fue, precisamente, “¿Por qué los agujeros negros son redondos?” Y aunque esa pregunta se respondió en su momento, me parece que se hizo de una forma muy escueta y me gustaría profundizar en la respuesta:
¿Por qué los agujeros negros son redondos?
Deberíamos empezar por aclarar una cosa: redondo se refiere a una forma bi-dimensional. A un círculo. En realidad, los agujeros negros – y todos los cuerpos celestes – son al menos tridimensionales. La manera correcta de referirse a la forma de los agujeros negros es “esférica”. Así pues, los agujeros negros son esféricos. O al menos eso nos parece.
En realidad, la mayor parte de los objetos celestes que conocemos son esféricos, o semiesféricos. Pensemos por un momento: estrellas, planetas, satélites – la mayoría de los que hay en el sistema solar – y agujeros negros. Todos son esféricos. Los únicos que no cumplen con estas características son los asteriodes y los cometas. Quería incluir aquí a Deimos y Fobos, los dos satélites de Marte, pero en realidad no son tan conocidos e igual ya los incluí.
Algo que comparten todos los cuerpos celestes esféricos es que son masivos, mientras que los cuerpos celestes no esféricos son, comparativamente, mucho más pequeños. Recordemos que un planeta típico se forma a partir de un disco de acreción en un sistema solar naciente. Este disco de acreción, típicamente, rotaría en el mismo plano que rota su estrella madre y en la misma dirección.
En este disco de acreción se mueven partículas de polvo y gas que, poco a poco, se van atrayendo unas a otras por efecto de la gravedad y otras fuerzas. Eventualmente, algunos de estos cúmulos se harán más grandes y empezaran a atraer a más partículas, limpiando así una especie de “pista” en el disco de acreción y volviéndose más y más grandes, sometiendo a sus capas internas a mayor presión y mayor temperatura a causa de la fricción provista por la gravedad.
Como sabemos: la gravedad no discrimina, de hecho, ejerce la misma fuerza en todos los puntos de la superficie de este naciente planeta, como si estuviera tirando continuamente de ellos hacia adentro. Así pues: al hacer esto en las 3 dimensiones espaciales y siendo el material lo suficientemente maleable, la forma final será de una casi esfera.
¿Qué pasa entonces con los asteroides y los cometas? Bueno, ni los asteriodes ni los cometas han llegado a la masa crítica necesaria para que la fuerza de gravedad comprima todo el material hasta la forma esférica. Sin embargo: debido a la naturaleza del hielo, los cometas tienden a ser más esféricos que los asteroides – hechos de roca o metal – los que si pueden tener formas bastante irregulares.
¿Y los agujeros negros qué?
Bueno, los agujeros negros, además, tienen una consideración muy importante y es que tienen ese nombre porque todo “cae” dentro de ellos. Sin embargo, no son un agujero como estamos acostumbrados a verlo, imaginen una coladera destapada a mitad de la calle. Eso es un agujero, ¿cierto?, pero lo es solo en dos dimensiones. Una particularidad del agujero negro es que sería un agujero en 3 dimensiones – de hecho en las 4 porque el tiempo también se supone que funciona diferente ahí adentro, pero dejemos eso para otro momento – y eso es bastante confuso, o sea que puedes caer al agujero negro desde cualquier punto alrededor de el. Esto se vuelve más confuso cuando para hacer las representaciones de los agujeros negros en papel se usan diagramas donde se representa el “tejido del espacio-tiempo” como un objeto bidimensional:
Técnicamente un agujero negro se compone de 2 regiones principales y la “singularidad”. Ambas regiones cuentan con apariencia esferoide para nosotros como observadores pasivos alrededor del agujero negro. La más externa se conoce como “ergosfera” y de ella, al menos teóricamente, se podría extraer energía a través de lo que se conoce como el Proceso de Penrose. De esta región, aunque ya estemos bajo la influencia gravitacional del agujero negro, todavía podríamos escapar con la suficiente aceleración. La siguiente región es el “Horizonte de Eventos”. Ese mágico lugar en el que todo se va al caño. En este caso particular: al agujero negro.
Este horizonte de eventos es lo que nosotros en las representaciones artísticas (como en interstellar) identificamos propiamente como el agujero negro. Parecería una esfera si lo estuvieramos viendo y, dependiendo de la masa de la singularidad, sería más o menos grande. En realidad, desde nuestra perspectiva como un humanito, sería enorme. Pero en medidas astronómicas podria no parecerlo tanto. De esta manera: el horizonte de eventos parecería para nosotros una esfera por acción de la gravedad, la cual es la fuerza que determina la extensión y la posición del horizonte de eventos.
¿Qué pasa después del horizonte de eventos? ¿Qué forma tiene la singularidad?
La verdad es que no lo sabemos. El horizonte de eventos sí que tendrá una apariencia esférica para nosotros pero esto es solo porque somos incapaces de ver más allá del horizonte de eventos. Como ya saben, del horizonte de eventos no puede escapar la luz, ni el tiempo. Agárrense las meninges. Teóricamente, después de un horizonte de eventos se vive una distorsión espacio temporal causada por la gravedad que rodea a la singularidad.
En este caso: la singularidad sería una concentración inmensa de masa en un punto mínimo del espacio tiempo que tendría una atracción gravitacional muy grande. No infinita, pero si al menos lo suficientemente grande como para encarcelar a la luz. Sin embargo, no podríamos apreciar su forma a simple vista porque no hay luz que observar y probablemente la distorsión espacio-temporal nos impediría tomar sus medidas para verificar su forma.
De todo corazón espero que este pequeño texto totalmente coloquial les haya dejado más preguntas. Ya lo dijo el padre Einstein: Lo importante es nunca dejar de hacerse preguntas.
¿Estás más interesado en este tema? Aquí algunas recomendaciones:
- The Science of Interstellar, de Kip Thorne. El libro que escribió el físico que asesoró a Christopher Nolan para su película Interstellar. The Science of Interstellar está disponible en Amazon.
- Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy, de Kip Thorne. Antes de ayudar a Christopher Nolan, Kip nos platicaba de los agujeros negros y sus consecuencias, llamándolas “el escandaloso legado de einstein”. Si ya nos cuesta trabajo entender luz curva – más exactamente: luz cuya trayectoria se altera por acción de la gravedad de un cuerpo – se imaginan lo que hará el tiempo curvo? Yo no puedo. Recomendación: agárrense las meninges antes de siquiera abrir el libro. Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy está disponible en amazon y también está disponible como Agujeros negros y tiempo curvo: el escandaloso legado de Einstein en Amazon México. Lamentablemente solo en versión impresa.