LXIII. HOYOS NEGROS

EL DESARROLLO de la astronom�a en los �ltimos decenios ha deparado descubrimientos sensacionales. La imagen de un Universo formado por estrellas, nebulosas y planetas, agrupados en galaxias y sistemas planetarios, se ha enriquecido con objetos de propiedades singulares y de nombres extra�os, tales como pulsares, cuasares y hoyos negros. El descubrimiento de los dos primeros constituy� una verdadera sorpresa que puso a prueba la imaginatividad de los astrof�sicos. De los tres, los hoyos negros son los m�s extra�os a nuestra com�n experiencia, aunque su existencia fue vislumbrada con anterioridad a su descubrimiento, hoy quiz� cercano a su confirmaci�n definitiva.

Adem�s de dedicarse a formular las leyes de la ciencia, a los investigadores les gusta enunciar reglas acerca de su oficio. Una de �stas manifiesta de alguna manera la potencialidad del mundo natural, dice que si hay algo que puede ocurrir, entonces ciertamente ocurrir�. Esta regla resume una larga experiencia: casi todos los fen�menos o entes que ha podido concebir la imaginaci�n cient�fica, y cuya existencia es rigurosamente compatible con las leyes de la ciencia, m�s tarde o m�s temprano resultan en efecto descubiertos. De las innumerables predicciones del pensamiento cient�fico, las que anticipan un ente todav�a inobservado y apenas sospechado rayan en lo fant�stico e incre�ble.

Recordamos algunos ejemplos notables de estas anticipaciones: en 1905, Alberto Einstein predijo la relatividad de la mediciones espaciales y temporales, que ha sido confirmada desde entonces con amplitud; alrededor de 1930, Pablo Dirac infiri� la existencia de antimateria, que fue descubierta pocos a�os despu�s y que hoy es producida en min�sculas cantidades y por brev�simos lapsos en varios laboratorios. A esta categor�a pertenece la predicci�n de hoyos negros y de sus propiedades.

Los hoyos negros nacen como una posibilidad dentro de las leyes gravitacionales de Einstein. En la d�cada de los sesenta, los te�ricos mostraron que si existiera un objeto con grand�sima densidad, la fuerza gravitatoria que atraer�a mutuamente a todas sus partes, comprimi�ndolas, podr�a superar a cualquier otra fuerza conocida que se opusiese a tal compresi�n. En tal circunstancia, se producir�a la implosi�n o colapso del objeto, que ir�a reduciendo su tama�o e incrementando su densidad de manera continua e irreversible. Pero la misma teor�a gravitacional predice algo a�n m�s espectacular: el colapso llevar�a al objeto a un estado en el cual nada, absolutamente nada, ni siquiera la luz, podr�a escapar hacia el exterior. Un objeto en tal estado no violentar�a ninguna ley f�sica conocida, aunque represente un reto a nuestra imaginaci�n.

Tratemos de imaginar lo que significa el estado reci�n descrito: tenemos ah� un objeto de una masa muy concentrada, de �l nada puede escapar: ni part�culas, ni ondas de radio, ni rayos X, ni la luz visible. Esto quiere decir que no podr�amos observar directamente el objeto por ning�n medio imaginable, y que nada de lo que en �l ocurriere podr�a tener efecto alguno sobre lo que est� fuera de �l mismo. Para casi todo prop�sito, ser�a como si tal objeto no existiera en el universo observable, como si fuera un agujero en el espacio: un hoyo negro. El nombre es descriptivo aunque modesto en sus evocaciones; se trata del hoyo m�s negro que es posible concebir y, abusando del lenguaje, se dir�a que es tambi�n el m�s hoyo.

Para ayudar a imaginar un hoyo negro, conviene ver una serie de ejemplos hipot�ticos. Comenzamos con los pies bien puestos en el suelo: para que un objeto escape de la atracci�n gravitatoria terrestre, al lanzarlo al espacio desde la superficie de nuestro planeta, es necesario impulsarlo con una velocidad de 11 km/s o mayor. A �sta se le llama velocidad de escape. Para otro cuerpo celeste con la misma masa de la Tierra, pero con la cuarta parte de su radio, la velocidad de escape es de 22 km/s. As�, cuanto m�s peque�o sea el cuerpo de una cierta masa, esto es, cuanto m�s denso sea, mayor ser� la velocidad necesaria para escapar a su acci�n gravitatoria desde su superficie. De tener un cuerpo con s�lo 1 km de radio y la masa terrestre, se requerir�a una velocidad de 2 200 km/s para escapar de �l. Y si ese mismo cuerpo tuviera un radio de unos 5 cm, la velocidad de escape ser�a mayor que 300 000 km/s, la velocidad de la luz. Esto �ltimo significa que de tal cuerpo no se podr�a escapar ni la luz, la cual tiene la m�xima velocidad posible de acuerdo con toda la experiencia conocida y con la teor�a de la relatividad. Ese cuerpo ser�a entonces un hoyo negro.

De acuerdo con la teor�a, los hoyos negros pueden ser de cualquier tama�o seg�n sea su masa. Podr�an tener la masa terrestre y unos cuantos cent�metros de circunferencia, como en el ejemplo anterior, o ser gigantescos hoyos con cientos de kil�metros de circunferencia y masa entre 4 y 50 veces la del Sol, o tambi�n podr�an ser min�sculos agujeros de 1000 millones de toneladas de masa y el tama�o de una part�cula nuclear.

A pesar de todos los atractivos de los hoyos negros para la imaginaci�n cient�fica, mientras su existencia no se observe directa o indirectamente s�lo quedar�n como entes posibles en nuestro universo, pero hipot�ticos. La misma esencia de un hoyo negro lo hace muy dif�cil de detectar: no lo podemos "ver" con ning�n instrumento porque de �l no sale ninguna se�al; cualquier b�squeda tiene que basarse entonces en los efectos indirectos producidos por el cuerpo colapsado. Es obvio que cerca de la Tierra no hay gigantescos hoyos negros, ya que de haberlos habido hubieran sido descubiertos hace tiempo por sus efectos gravitatorios sobre objetos visibles. Entonces, si hay hoyos negros cercanos ellos son muy peque�os, y los muy grandes estar�n necesariamente muy lejos de nosotros. Dentro de la �ltima posibilidad, lo m�s atractivo es que un hoyo negro forme un sistema estelar binario con una estrella normal; el hoyo negro tendr�a un efecto sobre su compa�era y este efecto podr�a quiz� observarse y achacarse, fuera de toda duda, al hoyo negro.

�sta es la l�nea de investigaci�n iniciada en 1964 por dos astrof�sicos sovi�ticos: Zel'dovich y Guseynof. Al estudiar los centenares de sistemas estelares binarios que se conocen, formados por dos estrellas que giran alrededor de un centro com�n y en los que s�lo una de ellas es visible, Zel'dovich y Guseynof encontraron cinco candidatos viables a contar con un hoyo negro. Desde entonces, otros estudios han incrementado este n�mero, aunque por un tiempo s�lo era posible mostrar que dichos sistemas binarios pod�an tener un hoyo negro.

La esperanza de llegar a confirmar o desechar la existencia de los hoyos negros renaci� con el descubrimiento, en la d�cada de los setenta, de fuentes estelares de rayos X y con el posterior estudio de ellas mediante sat�lites, iniciado con el Uhruru, sat�lite italonorteamericano. �Es posible que estos rayos X sean producidos por la acci�n gravitacional de un hoyo negro? En efecto, varias de las fuentes estelares de rayos x coincid�an con sistemas binarios sospechosos de tener un hoyo negro. Se ha desatado as� una intensa actividad de muchos astrof�sicos, unos que tratan de demostrar que los hoyos negros pueden producir los efectos observados, y otros que, en el papel de abogados del diablo, se esfuerzan por probar que los mismos efectos producidos por causas m�s convencionales. De todo esto ha quedado un gran sospechoso: est� localizado en la constelaci�n del Cisne y es conocido como Cygnus X-1; consta de dos cuerpos, una estrella visible y el otro invisible, muy denso y con una masa ocho veces mayor que la del Sol. Esta masa es tan grande que podr�a explicar el colapso gravitacional que bien pudo haber formado el hoyo.

Pero no todo ha sido buscar los hoyos negros. En paralelo con esta b�squeda, los te�ricos han aceptado el reto que significa para la f�sica la posible existencia de materia en condiciones tan extraordinarias. Por un lado, se logr� un avance te�rico formidable gracias al genio de Esteban Hawking, de la Universidad de Cambridge en Gran Breta�a. Hawking combin� la teor�a gravitatoria de Einstein con otras dos teor�as f�sicas —la mec�nica cu�ntica y la termodin�mica— para mostrar entre otras muchas cosas que los hoyos negros producen la emisi�n, desde la regi�n justo fuera de su superficie, de radiaciones subat�micas. �sta es una contribuci�n muy importante a la f�sica contempor�nea, aunque sus consecuencias hoy apenas se vislumbran.

Por el otro lado, los hoyos negros se han usado ya como hip�tesis para explicar una amplia gama de fen�menos: se discute si en el centro de algunas galaxias existen hoyos negros con masas cientos de millones de veces la del Sol, si en el Gran Pum, que quiz� fue el comienzo de nuestro universo, se crearon hoyitos negros que han ido desapareciendo, y si el misterio de lo cuasares, esos otros objetos enigm�ticos que radian con enormes potencias, puede ser explicado gracias a los mencionados hoyos. De cualquier modo que resulten todas estas investigaciones, el estudio de los hoyos negros ha empujado la frontera de nuestro conocimiento hasta regiones hace unos a�os reservadas a la ficci�n y las especulaciones.