Black holes may not really exist

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La ciencia ficción, los documentales y libros de divulgación han creado la idea en el público general de la indudable existencia de los agujeros negros. Aquellos monstruos capaces de devorar cualquier cosa que se cruce en su camino y alcanzando masas equivalentes a billones de soles. Sin embargo, puede no ser así y los objetos detectados hasta la fecha no ser realmente lo que creemos.

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Simulación digital de un agujero negro frente a un cielo lleno de estrellas. Nótese el efecto de lente gravitacional causado por el objetivo masivo.

Singularidad matemática

Originalmente, los agujeros negros aparecieron gracias a la ley de gravitación universal. Estos eran una solución al problema de cuál era el volumen mínimo que debía tener una cierta masa para conseguir una velocidad de escape en su superficie mayor a la velocidad de la luz. Por ejemplo, para convertir al Sol en uno sería necesario reducirlo a una esfera con un radio ligeramente menor a los 3 kilómetros.

Posteriormente, gracias a la publicación de la relatividad de Albert Einstein, Schwarzchild encontró soluciones exactas a las ecuaciones de campo. Es decir, logró usar la teoría para predecir el comportamiento de la luz alrededor de un cuerpo de gran masa. Aunque en ese entonces existía gran escepticismo sobre cuan efectivo era el modelo y la posible existencia de procesos físicos que eviten comprimir tanta materia en espacios tan reducidos.  

El radio al cual se debía comprimir una masa no corresponde al radio del agujero negro, sino a su horizonte de eventos asociado. El cual, suponiendo una nula rotación del objeto, supondría un punto de no regreso. Por otro lado, toda la materia se encontraría concentrada en lo que se conoce como singularidad, un punto matemático de volumen cero con toda la masa del agujero negro.

Especies sin pelos

En astrofísica se tiene el teorema de no pelo, principio bajo el cual se clasifican los agujeros negros en función de tres propiedades: Masa total, momento angular (rotación) y carga eléctrica. Se cree que dos AN que tengan estos tres números iguales son indistinguibles, semejante a las partículas fundamentales.

Hay cuatro clasificaciones o métricas diferentes, según varias configuraciones de estos parámetros. El primero de ellos es el más simple y es el comprendido únicamente por masa, careciendo de carga y momento angular, más allá de ser un objeto se comprende como una región del espacio con forma esférica perfecta. El siguiente, llamado como agujero negro de Kerr, es aquel que rota y consecuentemente se deforma en un elipsoide; apareciendo también nuevas características peculiares.

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Simulación de la apariencia de un agujero negro estático rodeado por un disco de material ionizado. La gravedad logra curvar la luz y podemos ver incluso lo que está detrás.

El agujero negro con masa, carga y momento angular se conoce como AN de Kerr-Newman, teniendo una geometría similar al de Kerr pero con una influencia externa no solo gravitacional, sino también eléctrica. Finalmente, está uno con masa y carga, pero estático, provocando a su vez dos horizontes de eventos separados entre sí.

Más allá de los números

La física y sus diferentes ramas tratan de explicar el universo a partir de modelos teóricos, pero sin comprobaciones experimentales y observación directa o indirecta de los fenómenos no dejan de ser solamente propuestas. Por esto mismo se realizaron esfuerzos por encontrarlos. Sin embargo, los agujeros negros se caracterizan por ser invisibles y para masas estelares; que son las mismas que los crean, tener un tamaño pequeño. Detectarlos de forma directa no era una opción, se necesitaba encontrar anomalías en otros fenómenos para de forma indirecta descubrirlos (o no).

Al observar las galaxias se creía que era necesario la existencia de agujeros negros supermasivos en los centros para poder mantener todas las estrellas atrapadas en órbita. Uno de los más cercanos sería el de la Vía Láctea, que se esperaba encontrar en dirección a la constelación de Sagitario. Al estudiar deformaciones de rayos de luz provenientes de Sagitario A* se demostró que ahí debía, por lo menos, existir un objeto compacto de gran masa.

Comparación de masas de agujeros negros y estrellas de neutrones detectador por LIGO y VIRGO y la correspondiente masa del objeto resultante de la colisión entre estos objetos.

Empleando diferentes instrumentos, técnicas, observatorios y telescopios la cacería de agujeros negros fue creciendo, ofreciendo igualmente buenos resultados. Gracias a todo se han confirmado la existencia de cientos de ellos en el universo, desde masas estelares hasta millones de veces la de nuestro Sol.

No sería hasta 2019 que la colaboración del telescopio del horizonte de eventos (EHT) consiguió capturar por primera vez una imagen directa de un agujero negro, más específicamente del correspondiente a la galaxia M87. Luego, en mayo de 2022 publicarían una de Sagitario A*, confirmando así la existencia de un objeto compacto de gran masa.

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Comparación de tamaño de las fotografías tomadas por el Event Horizon Telescope de loss agujeros negros M87* y Sagitario A*.

Al límite de la resolución

Aunque los modelos actuales, que aparecen como soluciones a las ecuaciones de campo, parecen ser una verdad absoluta que han sido confirmadas numerosas veces, la verdad es completamente diferente. Los agujeros negros son tan especiales por nuestra incapacidad de aplicar la física conocida a su interior. Todo lo que conocemos se deforma de formas increíbles entre más cerca se esté, llegando a romperse por completo al sobrepasar el horizonte de eventos.

También sería necesario un proceso por el cual una cantidad finita de masa tendría una densidad infinitamente grande en un espacio infinitamente pequeño. Que a su vez supondría una paradoja sobre la información referente al pasado del agujero negro. Es decir, no hay forma alguna de conocer la composición original o siquiera diferenciar si dos AN de igual masa, carga y momento angular realmente son diferentes entre sí.

Más allá de lo atractivo que es la existencia de los agujeros negros y el potencial de reformular o extender la física que conocemos, es necesario ser consciente de las implicaciones del término. En realidad, no existe una certeza absoluta sobre si las observaciones y detecciones hasta el momento son lo que creemos que son. Muchos astrofísicos prefieren llamarlos objetos compactos de gran masa, los cuales, aunque presentan propiedades similares eliminan en gran medida la singularidad y otras paradojas que aparecen.

Este es un gran reto para la física moderna, la búsqueda de un verdadero entendimiento de llevar nuestros modelos al extremo y verificar cuanto conocemos el universo. Es importante que la divulgación vaya de la mano de los avances científicos para dar una idea correcta al público general. Para poder seguir inspirando y creciendo como humanidad.

Francisco Andrés Forero Daza