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12 de septiembre de 2017
El secreto que guardaron un siglo los agujeros negros
Es muy probable que haya vida inteligente en el universo, civilizaciones más avanzadas que las nuestras. Pero las distancias entre las estrellas son tan enormes que el viaje interestelar es cada vez más difícil. Dudo mucho que otra civilización haya visitado la Tierra, pero creo que es muy probable que nos comuniquemos con ellos algún día, quizás antes de que yo muera, quizás no

El secreto que guardaron un siglo los agujeros negros.  La posibilidad reciente de detectar ondas gravitacionales hace posible estudiar objetos que hasta ahora eran casi invisibles.

                      Recreación de una pareja de agujeros negros a punto de fusionarse                                                                     Recreación de una pareja de agujeros negros a punto de fusionarse NASA

Durante la Primera Guerra Mundial, mientras calculaba trayectorias de proyectiles como artillero en el frente ruso, el físico alemán Karl Schwarzschild estudiaba la recién publicada Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein. Además de comprobar que las ecuaciones de su compatriota describían el universo con una precisión sin precedentes, Schwarzschild observó que también implicaban la existencia de objetos cósmicos inesperados.                                                                                                   Las curvaturas del tejido del espacio tiempo provocadas por los planetas o las estrellas generaban una especie de pozos gravitatorios que mantienen a los humanos anclados a la Tierra y hace que la Luna gire a nuestro alrededor mientras nosotros viajamos alrededor del Sol.                                                           En casos extremos, cuando la concentración de masa fuese máxima, la atracción gravitatoria sería tan intensa que ni siquiera la luz escaparía a su influjo.                                                                                             Aquella fue la primera vez que se planteó la existencia de los agujeros negros, un concepto tan extraño que hasta Einstein dudó de su existencia real.                                                                                                   Poco después, mientras seguía rumiando las consecuencias de su idea más revolucionaria, le escribió a Schwarzschild sobre la posibilidad de que algunos objetos supermasivos como aquellos extraños agujeros negros produjesen ondulaciones en el tejido espaciotemporal similares a las que se producen cuando se arroja una piedra a un estanque.

Un siglo después, aquellas hipótesis locas han sido confirmadas por pruebas empíricas.                          En septiembre de 2015, el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, captó las primeras ondas gravitacionales producidas justo en el momento en que dos agujeros negros chocaban un instante antes de fusionarse.                                                                                           Aquellos objetos tenían entre 10 y 30 veces la masa del Sol y su unión liberó en una fracción de segundo más energía que todas las estrellas conocidas juntas.                                                                   Este tipo de colisiones habían sido predichas, pero era la primera vez que se observaban.

Una hipótesis plantea que los agujeros negros nacieron juntos en forma de pareja de estrellas

Como se anunció entonces, la posibilidad de detectar ondas gravitacionales inauguraba una nueva etapa para la astronomía, que podía estudiar de forma directa fenómenos hasta entonces invisibles.       Esta semana, un equipo de investigadores de la Universidad de Birmingham, en Reino Unido, y las universidades de Maryland y Chicago, en EE UU, ha publicado en Nature los resultados de uno de los primeros trabajos de esta nueva astronomía. Su intención era explicar cómo se formaban las parejas de agujeros negros como las que ha detectado LIGO.                                                                         Ilya Mandel, científico de la Universidad de Birmingham y coautor del artículo, explica en The Conversation que los astrónomos se plantean dos hipótesis para la formación de estas parejas.           En una de ellas, la pareja habría iniciado su periplo unida desde el inicio, con el nacimiento simultáneo de dos estrellas masivas.                                                                                                                                     Después de una larga existencia, cuando su combustible nuclear se agotase, ambas se colapsarían bajo el peso de su propia gravedad concentrándose hasta formar dos agujeros negros.                                     Si estuviesen a la distancia adecuada, ambos objetos empezarían a perder parte de la energía que los mantenía en sus órbitas en forma de ondas gravitacionales y caerían en una espiral hacia el otro hasta fusionarse.                                                                                                                                                             En la segunda opción que se plantea, los monstruos cósmicos se habrían formado por separado, pero lo habrían hecho en una parte del universo con superpoblación de estrellas.                                                   Los tirones gravitatorios de esos astros habrían acabado por reunir a los dos agujeros negros.

La información proporcionada por LIGO permite saber si estos objetos rotan lentamente o lo hacen rápido y si están alineados entre ellos o no.                                                                         

Por ahora, los datos indican que los agujeros negros giran sobre sí mismos a toda velocidad y que no están alineados.

Esto pondría los datos contra la teoría de que se formaron como estrella binaria e indicaría que, al menos en este caso, las dos bestias gravitatorias surgieron por separado en una región con muchas estrellas y se acabaron por unir después.

Los autores señalan que ese tipo de agujeros negros serían similares a los observados en nuestra galaxia. Calculan que harían falta otras diez observaciones de los efectos de la fusión de otras parejas para confirmar su origen. Sin embargo, también advierten que es posible que esos agujeros lejanos sean distintos de los que vemos en nuestro vecindario y en ese caso harían falta muchas más observaciones para dar sentido a tanta complejidad.                                                                                       Resolver el misterio del todo requerirá tiempo, pero al menos ya se sabe que los protagonistas de la historia son reales. Lo que se sabe ahora, pese a todo lo que se desconoce, habría fascinado a aquel artillero que aprovechaba los descansos entre disparos para reflexionar sobre los enigmas del universo.

Resuelto el misterio del agujero negro que resucita cada 25 años.        Un equipo del Instituto Astrofísico de Canarias observa por primera vez el viento que producen este tipo de monstruos del cosmos.

El verano pasado, el agujero negro más brillante entró en erupción después de más de 25 años de calma total.                                                                                                                                                            El brutal estallido de luz y radiación se convirtió en poco tiempo en la fuente más potente de rayos X en el cielo nocturno.                                                                                                                                                     Su luz hubiera sido visible en la Tierra a simple vista si no hubiera polvo estelar entre nosotros y este monstruo del cosmos, cuya repentina vuelta a la vida causó un enorme revuelo en la comunidad científica internacional.                                                                                                                                         Era una ocasión única para entender uno de los mayores misterios del universo:                                         ¿qué pasa cuando algo cae en un agujero negro?                                                                                     Este lunes, el equipo de científicos que captó los primeros momentos del estallido del V404 Cygni con el Gran Telescopio de Canarias (GTC) publica un estudio en Nature describiendo un proceso jamás observado antes en un astro de esta clase y que ayuda a explicar el extraño comportamiento de este astro.                                                                                                                                                                       El V404 Cygni está a unos 8.000 años luz y es uno de los dos agujeros negros más cercanos a la Tierra. Por eso los telescopios del hemisferio norte, el único desde el que es visible durante una parte del año, lo persiguen con avidez. La anterior erupción fue en 1989 y permitió saber qué era realmente aquella explosión lumínica tan violenta. Se trata de un sistema binario, una pareja altamente destructiva compuesta por una estrella ligeramente menor que el Sol y un agujero negro con 12 veces más masa que literalmente la está devorando. Cuando los astrónomos lo identificaron y midieron su masa, entre ellos el español Jorge Casares, fueron a los archivos en busca de erupciones pasadas y hallaron dos anteriores: 1938 y 1956. Así, el V404 de la constelación del Cisne parece volver a la vida cada 25 o 30 años. Y, por lo menos en las dos últimas ocasiones, en primavera o verano, cuando mejor se ve desde la Tierra.

El V404 Cygni es uno de los dos agujeros negros más cercanos a la Tierra

“Tras el estallido de junio pensamos que seguiría activo durante al menos tres meses, pero, sorprendentemente, se apagó en apenas dos semanas”, explica a Materia Teo Muñoz Darias, astrónomo del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y primer autor del artículo publicado hoy. El comportamiento del astro era impredecible. “Lo que vimos por el telescopio es parecido a si estás observando en la oscuridad y de repente se encienden unas luces de discoteca”. El V404 brillaba con la mayor intensidad para luego casi apagarse y volver de nuevo a la actividad, unos destellos fulgurantes que nadie sabía explicar.

Tormenta de viento .

Con su estudio publicado hoy, firmado por astrónomos que trabajan en España, Reino Unido, Alemania, Japón, Noruega y Francia, el equipo de Muñoz Darias resuelve parte del misterio. En torno a todos los agujeros negros hay un disco de acreción, un revoltijo de material y partículas que orbitan en torno al sumidero arrastradas por su fuerza gravitatoria. Cuando parte de esta materia cae al agujero, parte desaparece y otra parte es vomitada en forma de las explosiones de radiación y luz que caracterizan las erupciones. El disco del V404 es uno de los dos más grandes conocidos, con un radio de 10 millones de kilómetros, más de 25 veces la distancia de la Tierra a la Luna.

Gracias al instrumento Osiris del GTC, el equipo ha observado el viento que genera este agujero negro en las capas externas del disco de acreción. Se trata de un remolino de átomos de helio e hidrógeno con una velocidad de 3.000 kilómetros por segundo, lo suficiente para que la materia y las partículas escapen al empuje gravitatorio del agujero y salgan expulsadas al espacio sin ser devoradas, lo que explica por qué las erupciones del V404 Cygni duran tan poco. Es la primera vez que se ha captado este fenómeno en un sistema estelar como este y su observación puede aclarar mucho la mecánica de estos sumideros cósmicos.

En las dos semanas que el V404 estuvo activo, se han acumulado tantos datos, tantas observaciones en luz visible, rayos X, ondas de radio… que probablemente harán falta varios años para entender qué está sucediendo realmente, explica Muñoz Darias. En septiembre, la prestigiosa Universidad de Oxford (Reino Unido) acoge un congreso internacional monográfico sobre el V404 Cygni. “Este fenómeno es único, del que más aprendemos sobre cómo cae la materia en un agujero negro", explica este joven astrónomo del IAC. Con suerte, resalta, él estará aún en activo dentro de 25 o 30 años para ver resurgir a este gigante de la oscuridad.

                       El agujero negro más brillante resucita después de 26 años

                       Kip Thorne posa frente a la sede de la Royal Society de Londres antes de la entrevista

Kip Thorne (Logan, EE UU, 1940) es uno de los mayores expertos mundiales en agujeros negros. Últimamente también se ha convertido en una estrella de la divulgación como asesor de Interstellar, la película que plantea una expedición humana a un agujero de gusano, seguida de una caída en un agujero negro, seguida de un viaje hacia la quinta dimensión. La semana pasada, este físico teórico del Instituto Tecnológico de California acudió a Londres para la presentación de la medalla Stephen Hawking, impulsada por el Festival Starmus. Después de la ceremonia, el físico explicó a Materia sus próximos proyectos.

Pregunta. ¿Por qué cree que los agujeros negros son tan atractivos para la gente?

Respuesta. Bueno, son misteriosos, son extraños, llevan la marca personal de Stephen Hawking... Para los científicos, son únicos. Aunque se crearon por la implosión de una estrella, la materia desaparece en la singularidad en el centro del agujero negro. Por eso están hechos solo de tiempo y espacio curvos, no tienen materia, son completamente diferentes de ti y de mí.

P. Para Interstellar hizo cálculos reales de qué sucede si caes en un agujero negro. ¿Qué es lo más interesante que descubrió?

R. Lo más excitante fue ver cuál sería el aspecto de Gargantúa, el agujero negro. Es maravillosa, con ese halo alrededor y el disco que lo cruza. Otra cosa muy interesante es cuando Cooper [Matthew McConaughey] entra en el agujero negro. En ese momento dice: estoy cruzando el horizonte de sucesos [el punto de no retorno en un agujero negro]. Claro, nada escapa de un agujero negro, ni siquiera la luz, por lo que de frente no verías nada, pero, si miras atrás y ya estás dentro de él, sí verías el universo exterior. Y es una imagen maravillosa en la que el disco de gas caliente en torno al agujero negro es un anillo en el cielo que contiene al universo.

P.¿Y qué pasa después?

R. Pues sabemos que hay tres singularidades diferentes dentro de un agujero negro. Una singularidad es un punto en el que la curvatura del espacio-tiempo se hace infinitamente fuerte. Hay una singularidad descubierta por tres físicos teóricos rusos alrededor de 1970. Si caes en esa, estás totalmente destruido, te haces trizas de forma caótica y salvaje. Una segunda singularidad está hecha de todas las cosas que caen al agujero negro después de ti. Este material cae durante miles de millones de años, pero el tiempo va tan lento dentro de un agujero negro que todo ese material se te cae encima en una fracción de segundo, como si fuera una plancha. No me gustaría que eso me pasase. Cooper encuentra la tercera singularidad, que es la más débil de todas. Esta singularidad la causa todo lo que cayó al agujero negro antes que tú. Una fracción pequeña de todo ese material rebotará como si fuera una piedra que da saltos sobre el agua de un estanque. Esa pequeña fracción de toda la materia que cayó al agujero negro sale despedida y saca con él a Cooper en una fracción de segundo. Así que hay una posibilidad de que sobrevivas a un agujero negro.

P. ¿Qué será lo siguiente para usted en este campo?

R. Stephen Hawking, Lynda Obst, una productora de Hollywood, y yo, hemos escrito nueve borradores de una nueva película. Es muy diferente de Interstellar. Estamos empezando a hablar con posibles guionistas y estudios sobre ella. Es aún en un momento inicial del proyecto

P. ¿De qué tratará?

R. Algo que aprendí de Christopher Nolan es que no dices nada a la gente sobre una película antes de tiempo. Vas filtrando la información en el momento adecuado para aumentar la expectación, así que por ahora solo puedo decir esto. Y que tendrá física interesante.

P. ¿Cuál es el próximo gran reto en la física de los agujeros negros?

R. Hay algo que nunca hemos visto: cómo se comportan dos agujeros negros que chocan y crean una tormenta en el espacio-tiempo. La colisión hace que, por un breve periodo, el paso del tiempo acelere, desacelere, vuelva a acelerar... todo de una forma salvaje, caótica. Esto deforma el espacio en una dirección y otra, que gire en el sentido de las agujas del reloj y después al revés, crea vórtices que curvan el espacio y que luchan unos con otros. Hemos visto esto muy recientemente en simulaciones por ordenador y empezamos a entender cómo se comporta una tormenta en la que el tiempo y el espacio oscilan de forma salvaje. Nunca lo hemos observado, pero lo vamos a hacer muy pronto.

P. ¿Cómo?

R. Cuando estos agujeros negros chocan crean ondas en el tejido del espacio-tiempo que se llaman ondas gravitacionales. Estas nos darán suficiente información como para ir hacia atrás en el tiempo partiendo de la onda que vemos y las simulaciones y probar si estas predicen de forma correcta lo que está pasando.

P. ¿Cuándo esperan captarlas?

R. Para hacerlo hemos construido los detectores LIGO. El equipo comenzó su primera tanda de búsquedas de ondas gravitacionales con los detectores avanzados en septiembre de 2015 y seguirá haciéndolo hasta enero de 2016.             Estos detectores, incluso en la primera búsqueda, son tan sensibles que pueden captar un choque de agujeros negros a 1.000 millones de años luz de la Tierra, es decir, un décimo de la distancia hasta el límite del universo observable. Si tenemos suerte, captaremos algo en la primera búsqueda.

P. ¿Cuál es la próxima gran frontera de la física?

R. Entender las leyes de la gravedad cuántica que derivan de combinar la Relatividad General con la física cuántica. No entendemos esas leyes bien, podría ser alguna variante de la teoría de cuerdas o la teoría M. Si tuviera que hacer una predicción diría que ese es el camino por el que iremos. Una vez entendamos esas leyes nos contarán de una forma muy clara el nacimiento del universo, qué pasa en la singularidad dentro de un agujero negro y si es posible retroceder en el tiempo.

P. ¿Cree que eso abrirá los viajes en el tiempo?

R. Abrirá una puerta a los viajes en el tiempo... o la cerrará [risas].

P. En uno de sus libros especulaba que si la humanidad quiere sobrevivir debería irse a un agujero negro ¿Cree que es es nuestro futuro?

R. Hará falta mucho tiempo hasta que los humanos podamos explorar un agujero negro. Pero es verdad que en el giro de un agujero negro hay una enorme cantidad de energía rotacional que la naturaleza extrae para producir los gigantes brotes que salen de los núcleos de las galaxias. Los humanos de una civilización avanzada podrían usarlos como una descomunal fuente de energía mucho más potente que la fusión nuclear que sucede en el interior de las estrellas.

P. ¿Piensa que hay otras formas de vida inteligente en el universo?

R. Es muy probable que haya vida inteligente en el universo, civilizaciones más avanzadas que las nuestras. Pero las distancias entre las estrellas son tan enormes que el viaje interestelar es cada vez más difícil. Dudo mucho que otra civilización haya visitado la Tierra, pero creo que es muy probable que nos comuniquemos con ellos algún día, quizás antes de que yo muera, quizás no. Buscar señales de civilizaciones extraterrestres es una de los empeños científicos más importantes que hay.

P. ¿Qué fue lo más importante que nos dejó Albert Einstein, de cuya Relatividad General se cumplen ahora 100 años?

RNos dio una ley que controla las leyes de la naturaleza. Es el principio de relatividad, que dice que sean cuales sean las leyes de la naturaleza, tienen que ser la mismas vistas por cualquier persona en cualquier lugar del universo si se están moviendo libremente. Creo que ese puede ser el mayor logro intelectual de todos los tiempos.

 



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