sombra de agujero negro

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.

La sombra de un agujero negro no es simplemente un círculo negro. Normalmente vemos un vacío oscuro rodeado por un anillo brillante de gas caliente. Pero si un agujero negro no nació de una estrella moribunda, sino que ha existido siempre, en su sombra podría esconderse una sorpresa.

En el hielo antártico se esconde un detector del tamaño de un kilómetro cúbico. No capta luz, sino partículas fantasma: los neutrinos. Pero a veces puede aparecer una bestia muy distinta: un par de muones que nacen juntos y se dispersan en un amplio abanico. Ese patrón no puede dibujarlo ninguna partícula conocida de la materia ordinaria.

En 2019, el mundo vio la primera imagen de la sombra de un agujero negro: un donut naranja sobre fondo negro que se convirtió en símbolo del progreso científico. Pero esa imagen no fue captada por una cámara: nació de la alquimia matemática, donde los datos de ocho radiotelescopios, que apenas recogieron migajas de señal, se fusionaron en una imagen única.

Un agujero negro no es solo una silueta oscura contra el fondo de estrellas. Su sombra está rodeada por un delgado anillo luminoso de fotones que dan vueltas alrededor del horizonte de sucesos antes de escapar hacia el observador.

El mundo cuántico a menudo se compara con un instrumento musical. Cada sistema, ya sea un átomo o una cadena de partículas, suena en sus propias frecuencias, que los físicos llaman niveles de energía. En los sistemas caóticos, como en una orquesta sin director, estas frecuencias suelen llenar todo el rango disponible sin huecos.

Desde que Saul Perlmutter y sus colegas descubrieron la expansión acelerada del universo, los físicos se devanan los sesos con la naturaleza de la energía oscura.

En el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de nosotros, se esconde un agujero negro con una masa de 6,5 mil millones de soles. En 2019, el telescopio Event Horizon Telescope (EHT) mostró por primera vez su retrato: una rosquilla naranja con un núcleo oscuro. Pero la rosquilla no es el abismo en sí.

El Universo se comporta como una burbuja de jabón que se infla en una espuma multidimensional. El modelo de la burbuja oscura explica por qué se expande cada vez más rápido: la burbuja del espacio-tiempo crece y su membrana adquiere un grosor diminuto, de aproximadamente una micra, como el de una bacteria.

Un agujero negro es un lugar donde la gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Pero a su alrededor hay un anillo brillante de gas, y en el centro, un vacío oscuro que se conoce como sombra. El tamaño de esta sombra depende de cómo se curva el espacio-tiempo.

Unos instantes antes de un eclipse total, unas bandas de sombras rápidas se deslizan por el suelo, como las ondas que producen las piedras al caer al agua. Este fenómeno ha desconcertado a los científicos durante siglos. Resulta que todo se debe a que la luz es una onda. El Sol no es una lámpara puntual, sino un disco enorme.

El vacío sabe dar sorpresas. En la relatividad general existe una solución donde el propio espacio engendra un agujero negro, literalmente desde un punto. Todo comienza en el instante en que el horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar) aparece con radio cero y de inmediato empieza a crecer.

En 2019, la imagen de la sombra de M87* fue una sensación: por primera vez la humanidad veía los contornos de un agujero negro, predicho por Schwarzschild y rodeado de mitos. Pero, ¿y si esa media luna brillante no es el autorretrato de un abismo absoluto, sino de un portal cósmico?

El espacio-tiempo fluye como un río, y un agujero negro es un remolino. Las partículas en esta corriente son como ondas con su propio ritmo: una alternancia de crestas y valles. Resulta que el remolino desplaza el ritmo de la onda a distancia, sin siquiera arrastrarla.

Alrededor de una hoguera invisible gira un gas brillante. La hoguera en sí está oculta, pero su silueta se adivina por el baile de las llamas. Así es como los astrónomos "ven" los agujeros negros: no el objeto en sí, sino la materia incandescente que, antes de caer al abismo, se acelera hasta velocidades enormes y emite luz.

La sombra de un agujero negro no es solo una silueta. Es el borde del abismo, donde el espacio y el tiempo están tan retorcidos que incluso la luz se ve obligada a girar, como una astilla en un remolino. Este «remolino cósmico» surge de una masa monstruosa que curva el espacio-tiempo.

En un remolino de agua que gira hacia el desagüe, la velocidad del flujo cerca del centro puede superar la velocidad del sonido. El sonido queda atrapado: las ondas no pueden escapar, formando una región sin sonido — una sombra sonora.

Una bola en una pendiente con dos hoyos normalmente rueda hacia el más cercano y se detiene. Pero si la pendiente está ligeramente deformada y "recuerda" los empujones recientes, la bola puede quedarse atascada a medio camino, en un punto estrecho del que no quiere salir. Ese mismo truco lo han hecho los físicos con la luz.

Normalmente, al hacer oscilar rápidamente un espejo en el vacío, se pueden crear partículas reales de la nada: es el efecto Casimir dinámico. Pero cerca de un agujero negro la cosa cambia. La propia curvatura del espacio-tiempo sofoca cualquier intento de crear algo.

En la teoría de conjuntos causales, el espacio-tiempo no es una superficie continua, sino una telaraña de diminutos puntos unidos por flechas de causa y efecto. Un punto está conectado con otro solo si el primero puede influir en él.

La sombra del agujero negro — icono de la astrofísica —, pero mire más de cerca: su borde aterciopelado se estremece al ritmo de la polarización de la luz.

El universo se parece a una esponja gigante: brillantes filamentos de galaxias envuelven enormes vacíos oscuros. Dentro de estos filamentos y muros se esconden grumos de materia oscura invisible: los halos.

En la cocina hay un cubo con agua y otro igual con arena. Vertemos la arena en el agua y obtenemos una mezcla donde hay exactamente cinco veces más arena que agua. Así está organizado nuestro universo: hay una parte de materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos, y cinco partes de la esquiva materia oscura.

Un agujero negro no es solo una esfera oscura en el espacio. Si cerca hay gas y polvo, estos se arremolinan formando un disco plano y luminoso que cae gradualmente hacia el interior. Ese disco, como una lámpara, ilumina al propio agujero, y sobre el fondo brillante se ve su sombra: una silueta oscura con bordes nítidos. Pero, ¿y si el disco no es plano, sino que está roto en pedazos?

Un agujero negro no es simplemente un vacío, sino un objeto masivo que curva el espacio a su alrededor. Si se encuentra en una nube de materia oscura invisible (una sustancia que no emite luz pero se percibe por su gravedad), su comportamiento cambia.

Un agujero de gusano es un túnel en el espacio que conecta regiones distantes del Universo. La sombra que proyecta contra un fondo de gas brillante se consideró durante mucho tiempo tan redonda como la de un agujero negro.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero recién nacido debería tañer como una campana, emitiendo ondas gravitacionales —ondulaciones del espacio—. Sin embargo, antes del tañido puede producirse un silencio: el agujero negro cae en una trampa fantasmal, como si una mano invisible apretara el badajo de la campana.

La sombra de un agujero negro es una mancha oscura sobre el fondo de luz brillante que se curva debido a la fuerte gravedad. Normalmente, esta mancha tiene la forma de un círculo casi perfecto con un borde suave.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad controla el movimiento de estrellas y galaxias. Fue mencionada por primera vez por el Fritz Zwicky en la década de 1930, y más tarde la Vera Rubin confirmó su realidad.

Un agujero negro común es un abismo donde todo cae sin retorno. Pero el nuevo modelo dibuja algo distinto: en su borde el tiempo se congela, y el agujero se convierte en un remolino helado. La luz y la materia no caen dentro, sino que se adhieren firmemente a la superficie; por eso, en la sombra aparece una mancha brillante.

Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias surgieron tan rápido después del Big Bang que los astrónomos se devanan los sesos. La clave está en el temblor del invisible campo de axiones.

Cuanto más separadas estén las antenas, más finos serán los detalles que captan. Al combinar sus señales, los astrónomos convierten varios instrumentos en un solo telescopio del tamaño de la distancia entre ellos. Añadiendo a las antenas terrestres una lunar, obtenemos un ojo virtual de 384 000 km de diámetro.

En el estanque estelar de la Vía Láctea, alguien ha lanzado una piedra invisible. Las ondas no se han propagado por el agua, sino por el movimiento de las estrellas: en una región de 200 por 50 pársecs, su velocidad vertical media resulta ser 7 km/s menor que la de sus vecinas. La desviación es estadísticamente significativa a nivel de 6σ, por lo que no puede explicarse por casualidad.