Últimamente se emplea con alguna frecuencia la expresión “agujeros negros” en el lenguaje habitual, quizá con un significado relacionado con puntos que no están claros en una explicación o partes débiles de una argumentación. ¿Está tomada esta expresión del lenguaje científico? En tal caso, ¿cuál es su significado?

He aquí otra de las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein: los agujeros negros. Para explicar someramente su significado de forma elemental, comencemos con la palabra “negro” que aparece en el nombre.

Ya hemos dicho en artículos anteriores lo que significa el color negro. Se caracteriza porque absorbe toda la radiación visible y no refleja nada, por lo que el ojo no capta ningún color, sólo el negro, que es la ausencia del color.

También se define lo que se denomina cuerpo negro, una de cuyas características es que absorbe toda la radiación que le llega, no sólo la visible, y no refleja nada.

Un agujero negro participa de algunas de las características que acabamos de mencionar, pero goza de otras que los hacen únicos. En principio, podemos decir que posee una fuerza atractiva tan enorme que todo lo que penetra en lo que se llama su radio de Scwarzschild queda atrapado en su interior, y ya no podrá salir, sea materia o radiación, incluida la luz. Y si la luz no puede salir de un agujero negro ni ningún otro tipo de radiación, un observador exterior no podrá captar lo que sucede en las proximidades del agujereo negro. Por eso es tan difícil detectar los agujeros negros, hasta tal punto que, incluso hoy día, no se han conseguido detectar directamente, sino indirectamente, pero es suficiente para que la comunidad científica acepte su existencia.

Para entender el funcionamiento de un agujero negro comencemos con analizar lo que pasa cuando lanzamos un objeto hacia arriba desde la superficie terrestre. Cuanto mayor sea la velocidad que le demos, más arriba llegará y más tiempo tardará en caer. Por ejemplo, sabemos que para que un cuerpo escape del campo gravitatorio terrestre debe comunicársele una velocidad de 11,2 km/s, valor que ya conocía Julio Verne y que emplea en su novela «De la Tierra a la Luna».

Si el campo gravitatorio disminuye (caso de la Luna), el objeto alcanza más altura y si el campo gravitatorio aumenta, el objeto alcanza menos altura. Pues bien, extrapolemos esta idea hasta imaginar que el campo gravitatorio fuera tan intenso, que ni la luz pudiera escapar. Ya hemos dicho que un campo gravitatorio actúa sobre un rayo de luz. Pues bien, un agujero negro posee un campo gravitatorio tan intenso que atrae la luz de tal manera que no la deja escapar.

Y la intensidad del campo gravitatorio depende de la masa del cuerpo, así que la masa del agujero negro debe ser enorme para que la velocidad de escape sea superior a la de la luz. Y esa masa debe estar muy concentrada. Por ejemplo, para que el Sol se convirtiera en un agujero negro, debería reducirse su radio a 3 km, pero manteniendo intacta toda su masa. Y en el caso de la Tierra, debería concentrar toda su masa en un radio de 9 mm para convertirse en un agujero negro.

El origen de los agujeros negros, aunque no con esta denominación, se remonta hasta 1783 y 1796 en que Mitchell y Laplace, respectivamente, pero de forma independiente, describieron unos objetos, que al igual que los agujeros negros, impedirían salir la luz.

Laplace, siguiendo la teoría corpuscular de la luz de Newton, imaginaba partículas de luz que eran atraídas por otras masas, e imaginaba la posibilidad de una masa tan grande que atraería la luz hasta no dejarla escapar.

John Wheeler, físico estadounidense, propuso en 1968 el nombre de agujeros negros.

En 1939 Oppenheimer y Sneider anunciaron la existencia de estos objetos. Einstein, por tanto, conoció la noticia, pero no asistió a su detección, ya que hasta 1966 no se tuvo el primer dato experimental de su posible existencia. Dos astrónomos de Monte Palomar (California) observaron cambios en el brillo de una estrella, que denominaron quasar (quasi stellar radio source) porque emitía radiación en la zona de las ondas de radio.

Desde entonces se han detectado muchos agujeros negros, alguno en nuestra galaxia, pero siempre de forma indirecta. Esa detección indirecta se basa en la recepción de gran cantidad de radiación en la zona de los rayos X.

¿Y qué tienen que ver los rayos X con los agujeros negros? Pues la explicación estriba en que al atrapar el agujero negro con su enorme fuerza gravitatoria una estrella, le provoca una rotación y aceleración, durante la cual la estrella produce una gran emisión de radiación en la zona de los rayos X.

También se han detectado dos agujeros negros girando uno en torno del otro, de manera que se espera que dentro de cientos de millones de años choquen dando lugar a un agujero negro todavía mayor y a la emisión de una gran cantidad de ondas gravitatorias, otra de las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein, y que aún no han sido detectadas directamente, y para lo que se están construyendo antenas especiales.

A los lectores

En vista del interés que ha suscitado el artículo “La ecuación más famosa de la ciencia” en el aspecto de la masa y la energía, y como se trata de un asunto que no requiere mucha formulación matemática sino conceptual, y bastante corta, citaré, por si sirve de ayuda, unas líneas del artículo de Einstein, “Gravitación y luz” que merecen ser meditadas, así como las que indiqué en el artículo precedente de “El eclipse que hizo famoso a Einstein”:

“M’ – M = E/c2 (el 2 es exponente).

El aumento en la masa gravitatoria es, por tanto, igual a E/c2 (el 2 es exponente) y, por tanto, igual al aumento en masa inercial, como dice la teoría de la relatividad”…

“La energía tiene, por consiguiente, que poseer una masa gravitatoria que es igual a su masa inercial”.