relación carga-masa

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.

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.

Un agujero negro clásico es un pozo sin fondo: todo lo que cae más allá del horizonte desaparece en un punto de densidad infinita.

Un agujero negro en rotación no es un remolino tranquilo. El espacio a su alrededor tiembla y vibra ante la menor perturbación, como la cuerda de una guitarra después de un pellizco. Estas oscilaciones se describen mediante la ecuación de Teukolsky, una construcción matemática compleja que los físicos estudian desde hace medio siglo.

Una casa vieja. La fachada recién pintada, la escalera no cruje. Bonita estampa. Pero basta con meter muebles pesados para que las tablas del suelo se hundan. La belleza de la fachada no dice nada sobre la solidez de los pisos. Algo parecido ocurre con los agujeros negros sin singularidad.

Un remolino engulle agua, pero la mayor parte la salpica alrededor. Más o menos así se comporta un agujero negro cuando cae demasiada materia sobre él. En un nuevo estudio, los astrofísicos realizaron 32 simulaciones por computadora para entender cómo los parámetros del agujero —masa, rotación y 'apetito'— controlan estas fuentes cósmicas.

Un agujero negro no es una aspiradora perfecta. Está rodeado de un enjambre de partículas y campos, y ese enjambre altera su destino. En un nuevo trabajo, los astrofísicos examinaron cómo se comporta un campo vectorial masivo —una forma hipotética de materia oscura— cerca de un agujero negro en rotación.

Una olla de agua hirviendo está cubierta con dos tapas: una interior y otra exterior. El termómetro bajo cada una muestra su propia temperatura, pero su media armónica (un modo especial de promediar en el que se suman los inversos) permanece siempre invariable. El calor parece obedecer una regla invisible.

3 milisegundos antes de la fusión. Un enorme agujero negro, girando a una velocidad frenética, atrae hacia sí una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol.

Un enjambre de partículas diminutas e invisibles —como una nube de polen— se desplaza por el espacio. En su camino aparece un agujero negro. Algunas partículas caen en él y desaparecen para siempre; otras rodean la trampa y continúan su viaje. Los físicos han trazado un mapa que muestra cuánta materia será engullida y cuánta sobrevivirá.

La gravedad es el pegamento invisible que mantiene unidas a las estrellas y los planetas. Pero, ¿y si este pegamento tuviera una masa diminuta? En la teoría de la gravedad masiva, las partículas portadoras (llamadas gravitones) pesan muy poco, pero no cero. Esto cambia las reglas del juego cerca de los agujeros negros.

Un gas que pasa por una válvula estrecha puede calentarse o enfriarse: es el efecto Joule-Thomson, en el que se basan los refrigeradores y los licuadores de aire. Resulta que los agujeros negros también pueden comportarse así.

Un agujero negro con carga eléctrica se parece a una aspiradora que no solo succiona todo a su alrededor, sino que también puede retener partículas ligeras en su órbita. Estas partículas forman alrededor del agujero algo así como una nube difusa: los físicos la llaman estado cuasiligado.

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.

Una patinadora gira sobre el hielo, alejándose gradualmente de su órbita. Del mismo modo, una estrella pequeña o un agujero negro, al orbitar un agujero negro masivo, pierde energía. Emite ondas gravitacionales: ondas en el espacio-tiempo que los detectores en la Tierra captan. Pero la danza de esta pareja es más compleja de lo que parece.

En la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura, una de las hipótesis más intrigantes se remonta a los primeros instantes después del Big Bang.

El cuadro del universo, que conocemos por los libros de texto de Einstein, es un lienzo suave de cuatro dimensiones. Pero la teoría de cuerdas añade un marco de dimensiones adicionales, invisible pero tangible para la gravedad. Imagina nuestro Universo como una membrana que tiembla bajo la presión de capas ocultas.

Cuando los cuerpos masivos se mueven con aceleración —por ejemplo, dos estrellas que giran una alrededor de la otra—, el espacio que los rodea no permanece en calma. Tiembla, como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Estas vibraciones se denominan ondas gravitacionales. Transportan energía hacia afuera y la fuente pierde masa gradualmente.

El foco está en un agujero negro, pero no uno cualquiera. Lleva un monopolo magnético y está rodeado por un dilatón: un campo que desdibuja los límites habituales del espacio. Los autores comprobaron cuán estable es este sistema frente a sacudidas térmicas.

Dos imanes chocan en una habitación oscura, se pegan formando un bulto y se oye un golpe sordo. Más o menos así se comportan los agujeros negros, solo que en lugar de imanes tienen carga eléctrica y en lugar del golpe, una ráfaga de ondas gravitacionales.

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.

Un agujero negro es como una peonza: cuanto más rápido gira, más notable es su comportamiento. Tiene dos fronteras: el horizonte externo y el interno, límites de los que ni siquiera la luz puede escapar. En el nuevo trabajo, los físicos se asomaron al interior de un agujero negro giratorio con carga y multiplicaron las áreas de esas dos superficies.

Una bandada de diminutas bolas de hielo esparcidas en una habitación cálida. Unas se derriten más rápido, otras más lento, pero cuando solo quedan manchas húmedas, todas desaparecen de la misma manera: la última gota se evapora según la misma ley.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

La luz que pasa cerca de un agujero negro se arremolina como el agua alrededor del desagüe de una bañera. Lo más fascinante es el anillo delgado donde los rayos pueden girar eternamente, sin caer hacia adentro ni escapar. Esta es la esfera de fotones, una frontera invisible que dibuja la sombra del agujero en el cielo.

Si aprietas un puñado de arena, se vuelve más densa, pero en algún momento los granos chocan entre sí: no hay más espacio para comprimir. De manera similar, según algunos teóricos, el espacio se comporta a distancias ultracortas: tiene un límite de divisibilidad, una especie de «grano».

Un agujero negro es un bolsillo cósmico en el que cae todo, incluso la luz. Pero los trabajos pioneros de John Wheeler, Stephen Hawking y Roger Penrose mostraron que a veces, debido a la colosal curvatura del espacio-tiempo, el bolsillo se…

La luz que cae en un agujero negro transporta información, por ejemplo, el camino que ha seguido un fotón. El horizonte (la superficie de la que nada puede escapar) reacciona a ello cambiando su entropía, una medida del desorden similar al número de páginas mezcladas en un libro.

Estiran un colchón inflable y sobre él gira un remolino de agua. Al estirarse, el remolino se contrae: su tamaño con respecto a toda la superficie disminuye.

Normalmente, un agujero negro es un abismo con un colapso puntual en el centro, donde la densidad es infinita y todo se rompe. Einstein y Schwarzschild describieron tal escenario. Pero el infinito es señal de que la teoría ha tropezado.

Los físicos han dominado un elegante truco matemático que permite traducir las ecuaciones de la gravedad al lenguaje de la electricidad. Este método —la doble copia— funciona como una especie de diccionario: sustituye la compleja geometría de la curvatura del espacio-tiempo, descrita por campos tensoriales de alta…

Un remolino en un río arrastra todo lo que encuentra a su alrededor. Si añades al agua una gelatina invisible que se espesa junto al embudo y desaparece de repente en su borde, tendrás una idea aproximada de cómo es un agujero negro en el nuevo modelo matemático.

Cuando una estrella masiva estrella agota su combustible, el colapso del núcleo puede generar una supernova y una estrella de neutrones, pero si la masa es suficiente, nada detiene la compresión: nace un agujero negro.

Los agujeros negros no son devoradores sin rostro. A veces se comportan como el agua: pueden 'congelarse' o 'hervir', cambiando su estado interno. Los científicos lo describieron imaginando la luz cerca del agujero negro como un gas.

Un campo magnético puede impedir que una estrella colapse por completo: así funciona la idea de este nuevo agujero negro. En lugar del familiar punto de densidad infinita, en su interior hay un campo que impide que el espacio se contraiga hasta cero. Es como un muelle: cuanto más lo comprimes, más resistencia opone.

La relatividad general clásica predice: dentro de cada agujero negro se esconde una singularidad. En esa región, la curvatura del espacio-tiempo se dispara al infinito y las ecuaciones de Einstein pierden sentido.

Una piedra cae en un estanque y se forman ondas en el agua. Del mismo modo, un agujero negro en reposo puede encontrarse con una onda gravitacional o una nube de gas. No permanece indiferente: su superficie (el horizonte de sucesos) se hunde ligeramente, como una membrana tensa bajo el peso de una gota.

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 negro envuelto en materia oscura se asemeja a un remolino en agua invisible. Esta sustancia solo se manifiesta a través de la gravedad.

Un agujero negro es como una pelota oscura en el espacio sobre la que cae materia brillante. Un agujero negro tiene una sombra: la región de donde los rayos no pueden escapar. Pero debido a la curvatura de la luz, la sombra resulta ser más grande que el propio agujero: como la sombra de una pelota en la pared se agranda si la linterna está lejos.