agujero negro de Reissner-Nordström

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?

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 no es una aspiradora. Por sí mismo, no atrae todo con más fuerza que una estrella ordinaria de la misma masa. Pero si cerca de él hay un campo magnético y alrededor vuelan partículas cargadas, comienza un juego interesante.

Un agujero negro es como una caja fuerte perfecta: todo lo que cae en su interior desaparece sin dejar rastro. Pero la mecánica cuántica susurra que, a nivel microscópico, la información no se pierde, sino que se registra en una "superficie" invisible. Entender ese registro es descifrar el funcionamiento de la gravedad.

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.

Un agujero negro no permanece en silencio. Tras una perturbación, suena como una campana, y ese sonido son sus modos cuasinormales (oscilaciones amortiguadas).

Por lo general, un agujero negro se describe como una imagen congelada: hay masa, hay carga, y todo eso está inmóvil. Pero los objetos reales viven en el tiempo. Emiten radiación, pierden energía, cambian.

Dos placas metálicas en el vacío se atraen sin imanes ni cargas. Es el efecto Casimir: el vacío no está vacío, en él constantemente nacen y desaparecen partículas, y entre las placas hay menos que en el exterior. La diferencia de presión empuja las placas una hacia la otra.

Un par de agujeros negros gira en un baile, acercándose gradualmente. Pierden energía y rotación, un proceso que se conoce como emisión de momento angular. En la teoría ordinaria de Einstein, solo las ondas gravitacionales se llevan el momento.

Un agujero negro en rotación se parece a un remolino en un río: el espacio-tiempo se arremolina a su alrededor, arrastrando todo lo que se acerque. En algunas teorías de la gravedad, a este remolino se le añade otro campo: el vectorial. En cada punto tiene una dirección y una longitud, como la aguja de una brújula.

La lona tensa de una cama elástica se hunde bajo una bola pesada. Si la bola gira rápidamente, la lona comienza a retorcerse a su alrededor. De manera similar se comporta el espacio-tiempo cerca de un agujero negro en rotación: no solo está curvado, sino que también es arrastrado por la rotación, como el agua alrededor de un remolino.

Un agujero negro normalmente oculta su singularidad bajo un horizonte de sucesos, una frontera invisible de la que ni siquiera la luz puede escapar. Pero a veces esa "capa" falta, y la singularidad, el punto donde la física conocida deja de funcionar, queda expuesta a un observador externo.

Una piedra cae en un estanque y las ondas se expanden hasta apagarse. Golpeas una campana y esta resuena en su nota. Un agujero negro perturbado también 'canta', emitiendo ondas gravitacionales con un tono que se amortigua.

El vacío cuántico no es un vacío absoluto. Es más bien una membrana tensa que oscila constantemente debido a partículas invisibles que nacen y desaparecen. Incluso en la oscuridad total, esa membrana tiembla. Los físicos decidieron observar cómo se comporta alrededor de una cáscara esférica delgada, dentro de la cual hay un espacio plano ordinario, como el de nuestra habitación.

Todo río tiene una desembocadura: el lugar donde el agua se encuentra con el mar. El espacio-tiempo también tiene su propia 'orilla': se llama infinito futuro y está allí adonde van a parar todas las señales, la luz y las ondas gravitacionales.

Un agujero negro es un lugar donde las reglas habituales se rompen. En el centro, según la física clásica, se esconde la singularidad: un punto de densidad infinita hacia el que se precipita todo lo que cae dentro. La teoría cuántica debería suavizar esta imagen.

Un agujero negro ordinario está rodeado por una delgada esfera de fotones: el lugar donde la luz puede dar vueltas antes de caer hacia adentro o escapar. En el nuevo trabajo, esta región se ha hinchado hasta convertirse en una capa entera, repleta de partículas sin masa que se mueven casi a la velocidad de la luz y no presionan contra las paredes.

En el centro de muchas galaxias se esconden gigantescos agujeros negros en rotación. Los astrofísicos sospechaban desde hace tiempo que estos objetos son sorprendentemente resistentes: tras engullir una estrella o fusionarse con otro agujero, se calman rápidamente y olvidan la catástrofe.

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.

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.

Golpeas un diapasón con un martillito y vibra, mientras el sonido se va apagando poco a poco. Algo parecido le ocurre a un agujero negro cuando se le perturba: emite ondas gravitacionales, ondas en el propio espacio, y luego se calma.

Un agujero negro no es una pared sorda. Si le das un golpecito, responde. Los físicos llaman a esto 'deformabilidad de marea': la capacidad de un objeto de cambiar de forma bajo la acción de una fuerza externa. Para un agujero negro en reposo, esta capacidad es cero: un campo estático no lo deforma. Pero en cuanto el campo depende del tiempo, el agujero empieza a 'sonar'.

En el interior de una estrella comprimida al límite, las partículas se comportan como las cuerdas de un instrumento musical inusual. Sus oscilaciones obedecen a una ecuación compleja que durante casi un siglo nadie pudo resolver con exactitud.

Un rayo de linterna se aleja en la oscuridad en línea recta: así solemos pensar en la luz. Pero cerca de un cuerpo masivo, una estrella o un agujero negro, el espacio está curvado, y el rayo se dobla suavemente, como si lo guiara una mano invisible.

Una estrella de neutrones es el resto de una gigante que explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. Una cucharadita de su materia pesa mil millones de toneladas. Dentro de una estrella así, las partículas están tan apretadas que empiezan a manifestarse efectos cuánticos. Uno de ellos es la rotación propia de las partículas, o espín.

En el mundo cuántico, las partículas de materia oscura pueden fusionarse en una sola gota superfluida: un estado donde la sustancia fluye sin fricción, como un líquido ideal. Al encontrarse cerca de un agujero negro, esa gota no desaparece en él, sino que se enrolla en vórtices estables, como el agua que rodea una piedra en un río.

Una peonza gigantesca gira tan rápido que el propio espacio a su alrededor se enrolla en espiral. Eso es un agujero negro: en lugar de madera y metal, está hecho de pura gravedad. Añadámosle un campo electromagnético inusual que altera ligeramente las reglas del juego.

Si echas un trozo de hielo en agua hirviendo, se derretirá hasta desaparecer. De manera similar se comporta un agujero negro en el espacio, solo que aquí el 'agua hirviendo' es el propio espacio, que extrae continuamente energía de él.

Dos esferas electrizadas se atraen con una fuerza determinada. Si reemplazas sus cargas por polos magnéticos, una balanza de resorte marcará exactamente la misma fuerza. Con los agujeros negros, resulta que ocurre lo mismo, solo que en lugar de resortes, es el propio tejido del espacio-tiempo el que actúa.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se infló a una velocidad inimaginable: eso es la inflación. Ahora, la expansión se ha ralentizado, pero las galaxias se alejan cada vez más rápido. A la culpable de la aceleración se le llamó energía oscura.

Los detectores modernos de ondas gravitacionales confirman que los agujeros negros son una realidad. El espacio-tiempo se puede comparar con un gigantesco trampolín: las estrellas masivas lo deforman.

En el plasma ardiente del universo recién nacido, cuando el espacio mismo aún resonaba con el eco del Big Bang, pudieron surgir objetos que desafían a la propia gravedad. No son los habituales agujeros negros, sino gigantes eléctricamente cargados: los astrones.

Un imán acercado a un puñado de limaduras de hierro las alinea a lo largo de líneas invisibles: así el campo rodea el imán de polo a polo. De manera similar se puede visualizar la gravedad alrededor de cuerpos masivos: solo que en lugar de limaduras está el propio espacio, y en lugar de un imán, una estrella o un agujero negro.

Una piedra cae en un estanque y las ondas se expanden por la superficie. Pero si el estanque está agitado, con olas que se cruzan, el panorama se complica. Algo parecido ocurre en el espacio alrededor de un agujero negro cuando algo lo perturba: vibra y emite ondas gravitacionales.

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.

Una hoja de papel doblada se puede atravesar con un lápiz, y el camino entre dos puntos se vuelve más corto. Así funciona más o menos la idea de un agujero de gusano: un túnel en el espacio que conecta regiones lejanas.