agujero negro

Un cineasta que filma una película sobre un agujero negro se enfrenta a un problema fundamental: la luz de distintas partes del disco de acreción tarda tiempos diferentes en llegar a la cámara. El borde más cercano destella hoy, el más lejano hace una semana, y el jet se extiende meses atrás.

En lo profundo de la constelación de Cáncer, a 3,5 mil millones de años luz de la Tierra, un reloj de péndulo está marcando el tiempo. Ese péndulo es un segundo agujero negro que orbita alrededor de otro mucho más masivo.

Un pequeño monstruo se esconde en una galaxia enana, y su vecino lo alimenta. La galaxia satélite se fusiona lentamente con una compañera masiva, y el gas de las regiones exteriores cae hacia el centro, donde se encuentra un agujero negro. No es grande según los estándares del universo: solo de ochocientas a cinco mil masas solares, pero su apetito es voraz.

En el centro de casi toda galaxia grande se encuentra un agujero negro supermasivo. No solo devora el gas que cae, sino que también expulsa parte de él en potentes chorros. Estos chorros, como pistones gigantes, empujan el gas circundante y lo calientan.

En el centro de una galaxia enana ultracómpacta (un sistema estelar muy denso de decenas de años luz de tamaño) funciona una aspiradora. Solo que en lugar de polvo, aspira el gas que expulsan las estrellas moribundas. Ese gas no se dispersa, sino que se arremolina en un embudo: un disco en rotación que poco a poco se asienta sobre el agujero negro.

Una red de radiotelescopios repartidos por todo el planeta capta el susurro de un agujero negro lejano. Cada antena registra la señal, pero ¿cómo combinar esas grabaciones si los relojes de las estaciones avanzan a ritmos distintos y la atmósfera distorsiona las ondas que llegan?

Golpea una campana y sonará en su nota. Un agujero negro, tras una perturbación, también suena, solo que en lugar de sonido, es un temblor del propio espacio. Las frecuencias de este tañido pueden revelar mucho sobre el agujero: qué tan rápido rota y cuál es su masa.

Un agujero negro es un laberinto del que no se puede salir. Pero, ¿qué ocurre con la información en su interior? Para comprobarlo, los físicos no viajaron hasta el agujero más cercano, sino que construyeron una diminuta réplica en un procesador cuántico.

En el centro de casi todas las galaxias grandes hay un agujero negro supermasivo. Por lo general, se comporta de manera tranquila, pero a veces, como un volcán que despierta, expulsa chorros estrechos de plasma: los jets. Estos chorros brillan en el rango de radio, y la galaxia se vuelve 'radiointensa'.

Un agujero negro en pareja con una estrella funciona como una bomba: atrae el gas de la compañera, lo hace girar en un disco brillante y de vez en cuando expulsa parte de la materia en dos chorros estrechos. En 2021, el sistema 4U 1543-475 ofreció ese espectáculo.

Un agujero negro de 35 000 masas solares navega a través del gas de la galaxia como una barcaza entre la niebla. La gravedad del agujero amontona la materia que tiene delante, y detrás se forma una estela densa: una corriente de gas en la popa. Parte de ese gas es atraído hacia el agujero, que así va creciendo.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Con un agujero negro, tras chocar con otro, ocurre algo parecido: emite ondas gravitacionales que recuerdan al tañido amortiguado de una campana.

Un agujero negro es como una peonza que nunca se detiene por sí sola. Pero si a su alrededor aparece una nube de partículas ultraligeras —bosones—, la situación cambia. Esa "niebla" actúa como un freno invisible: las partículas extraen la rotación del agujero, haciendo que se desacelere.

Un agujero negro atrapa todo lo que se acerca demasiado. Pero si en lugar de un solo objeto lanzas un par, uno de ellos puede salir disparado de vuelta, llevándose parte de la energía de rotación del agujero. Este truco, ideado por Roger Penrose en 1969, funciona solo porque el agujero negro tiene un horizonte: el límite del cual nada regresa.

Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias a veces expulsan estrechos flujos de materia —chorros— que viajan casi a la velocidad de la luz. Durante mucho tiempo, los astrónomos no pudieron determinar con exactitud la rapidez de estos chorros en diferentes agujeros negros.

Una hoguera que no se apaga de inmediato, sino que arde en brasas durante horas porque la leña aún guarda el calor de la llama pasada. Así funciona aproximadamente el efecto memoria en los agujeros negros. Normalmente, un agujero negro diminuto, con una masa comparable a la de una montaña, debería evaporarse en fracciones de segundo, esparciendo partículas como chispas.

Un mensajero entrega paquetes en un edificio con dos entradas. Mientras la puerta está abierta, entra libremente por ambas. Pero en cuanto una de las puertas comienza a cerrarse, cada vez le resulta más difícil acceder. Algo parecido le ocurre a la información en el horizonte de un agujero negro: esa frontera invisible de la que nada puede escapar.

Cuando dos bolas pesadas se fusionan en una, los círculos se extienden durante mucho tiempo por la superficie del agua. Un agujero negro se comporta de manera similar: después de la fusión, sigue "tañendo" durante un tiempo, emitiendo oscilaciones gravitacionales especiales: los modos cuasinormales.

En algún lugar de las profundidades del cosmos, dos agujeros negros supermasivos giran uno alrededor del otro. Su danza no es suave: la órbita está estirada, como una goma elástica que se tensa y se comprime. Cada vuelta genera ondas en el tejido del espacio-tiempo: ondas gravitacionales.

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el espacio. Tiene temperatura y emite radiación. Tiene entropía: una medida de la información oculta grabada en la superficie de su horizonte, como un patrón en una burbuja de jabón.

Una peonza gira tan rápido que el aire a su alrededor comienza a moverse al unísono. Algo similar hace un agujero negro: si rota, puede transferir su energía a las partículas que se encuentren cerca. Este proceso se llama superradiancia — se parece a un eco en las montañas, pero en lugar de sonido, se crean nuevas partículas.

Una tetera hirviendo en la estufa se evapora por completo con el tiempo; así, según las ideas clásicas, un agujero negro debería desaparecer gradualmente entre silbidos de radiación. Pero, ¿y si le añadimos un ingrediente especial a la tetera?

Una pista de baile donde giran las parejas. En el centro, un maestro de ceremonias invisible marca el ritmo. Es el agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, y las parejas son las estrellas cuyas órbitas los astrónomos siguen durante años. Pero, ¿y si el propio maestro estuviera envuelto en un abrigo de piel hecho de materia tenue?

Lanza dos piedras de formas diferentes a un estanque: las ondas en el agua contarán cuál era lisa y cuál era angular. Las ondas gravitacionales funcionan de manera similar: cuando dos objetos superdensos se fusionan, el temblor del espacio-tiempo propaga detalles sobre su estructura interna.

Cuando inflas un globo demasiado rápido, sus paredes empiezan a vibrar. Algo parecido le ocurrió al espacio en los primeros instantes después del Big Bang: el universo se expandía a toda prisa y la propia trama del espacio se llenó de ondulaciones.

Alicia prepara una partícula cuántica en uno de varios estados y se la envía a Bob. El canal por el que viaja la partícula no es perfecto: introduce ruido, dispersa, interactúa con el entorno. Bob recibe la señal e intenta averiguar qué fue exactamente lo que Alicia envió. Este es el esquema clásico de "preparar, enviar, medir", y siempre existe el riesgo de perder algo.

Un agujero negro tiene tres leyes, como un gas ideal. La primera: la energía no desaparece. La segunda: el área del horizonte de sucesos no disminuye. Y la tercera, la más caprichosa, exige que a temperatura cero la entropía (la medida del desorden) tienda a cero o a una constante universal.

Un termómetro caprichoso muestra diferentes temperaturas según quién lo mire. Algo parecido ocurre con un agujero negro: sus propiedades térmicas —entropía y temperatura— dependen de cómo describamos la información que oculta.

Una nube de polvo cósmico, homogénea y esférica, comienza a contraerse bajo su propia gravedad. En algún momento, según las leyes clásicas, debería colapsar en un punto de densidad infinita: una singularidad.

En algún lugar del centro de una galaxia gira un agujero negro. No flota en el vacío: a su alrededor hay un enjambre invisible de partículas de materia oscura. Hasta ahora, ese enjambre se describía para agujeros estáticos, pero en realidad los agujeros siempre rotan.

Una habitación silenciosa, y en ella hay que distinguir una melodía entre muchos susurros apenas audibles. Así es más o menos la búsqueda de señales de sistemas extremos de dos agujeros negros: uno enorme y el otro millones de veces más pequeño.

Un agujero negro no es solo una esfera oscura. En la teoría de cuerdas, puede desarrollar 'pelo' — campos escalares adicionales, como el axión y el dilatón. Estos campos modifican suavemente la geometría del espacio alrededor del agujero.

Un agujero negro suena como una campana tras el golpe. Ese tañido son las ondas gravitacionales que captan los detectores. Pero, ¿qué cambia si el espacio alrededor del agujero está curvado no solo por su masa, sino también por una corrección cuántica adicional?

Una estrella de neutrones es el residuo ultradenso de una explosión de supernova: la masa del Sol empaquetada en una esfera del tamaño de una ciudad. Durante miles de millones de años vaga por el espacio, acumulando a su alrededor una sustancia invisible: la materia oscura, que no emite luz pero atrae gravitacionalmente.

Un agujero negro no es una aspiradora eterna. Pierde masa lentamente, emitiendo partículas como una piedra caliente que se enfría y cede calor. Este proceso, descubierto por Stephen Hawking, es apenas perceptible en agujeros grandes, pero en los diminutos — de masa comparable a una montaña — se convierte en una evaporación violenta.

La idea era hermosa: tomar un agujero negro BTZ (el análogo tridimensional de un agujero negro ordinario) y alisar su horizonte con una función especial. Entonces, según el plan, en el interior podría cambiar la signatura del espacio-tiempo: el tiempo se volvería espacio y el espacio, tiempo. Pero los cálculos mostraron otra cosa.

Un armazón invisible mantiene unidas las galaxias, impidiendo que se dispersen. Es la materia oscura, una sustancia que no brilla y casi no interactúa con la materia ordinaria. Los astrofísicos llevan tiempo debatiendo de qué está hecha.

En el lejano cosmos existe un objeto hipotético: un agujero negro ultrafrío. Está cargado y se encuentra en un universo en expansión (espacio de Sitter). Su temperatura está cerca del cero absoluto, aproximadamente una billonésima de grado por encima de él.

Una piedra cae en un lago tranquilo y ondas concéntricas se extienden por el agua. El espacio alrededor de un cuerpo masivo se comporta de manera similar: si el cuerpo es perfectamente redondo, las perturbaciones que produce son simétricas. Un agujero negro en la relatividad general se asemeja a un espejo de agua perfectamente liso.

Un agujero negro girado casi hasta su límite se parece a un atleta que se equilibra al borde del récord. Lo más interesante no ocurre dentro del agujero, sino en la finísima película del espacio-tiempo en su horizonte.