¿Cómo nos afecta en la Tierra la formación de un agujero negro?: tres grandes físicos lo desvelan

Algo (sutil) se nota en el alma en nuestro planeta cuando una estrella se va y deja un agujero negro detrás

Visualización gráfica del agujero negro Gargantúa, diseñado por el astrofísico Kip Thorne en la película 'Interstellar' (Christopher Nolan, 2014)
Visualización gráfica del agujero negro Gargantúa, diseñado por el astrofísico Kip Thorne en la película 'Interstellar' (Christopher Nolan, 2014)Cristopher Nolan

Como si fuera un chiste, un alemán, un austriaco y un soviético (hoy diríamos que era ruso), todos premios Nobel, nos dan las claves de cómo afecta a nuestro planeta la formación de agujeros negros.

Empezamos por el soviético: Pavel Cherenkov (o Cerenkov o Čerenkov). Miembro del Partido Comunista de la Unión Soviética, Premio Stalin en dos ocasiones, premio Nobel también, un maquinón. Cherenkov fue un físico nacido a principios del siglo XX que dio nombre a un tipo de radiación y que, agárrense los machos, tiene que ver con partículas que superan la velocidad de la luz. A costa de hacer un poco de spoiler de mi propio artículo, diré que esto no contradice lo que postuló otro miembro de la terna de científicos que tratamos hoy.

Efectivamente, la velocidad de la luz en el vacío, los archiconocidos (o debería) 300.000 kilómetros por segundo, no puede superarse de acuerdo a nuestras teorías físicas más avanzadas. Pero el diablo está en los detalles, y la velocidad de la luz no es la misma en el vacío que cuando atraviesa un medio, que es algo que tiene una determinada composición.

Por ejemplo, en el agua la luz es un 25% más lenta, un 33% en vidrio ¡y un 60% más lenta en un diamante, quizá por eso nos ciega su brillo (metafóricamente y no físicamente hablando)! Y aunque la luz “se canse” al pasar por algunos medios, algunas partículas tienen más aguante y pueden ser más rápidas que la luz en ese medio, todo sin contradecir la Teoría de la Relatividad que establece que nada puede acelerarse hasta la velocidad de la luz ¡en el vacío! (los complementos circunstanciales de lugar importan en física).

Pues bien, cuando se crea un agujero negro, un evento tremendamente energético y súbito (puede ser en menos de un segundo en determinadas maneras de formar un agujero negro, que no solo hay una), se emiten fotones tremendamente energéticos, los rayos gamma que nos contaba Eva. Esos rayos gamma, al llegar a nuestra atmósfera, chocan con moléculas y átomos, acelerándolos a velocidades… superiores a la velocidad de la luz en el aire.

Y el resultado es una especie de onda de choque electromagnética, como la de los aviones supersónicos (esas son sonoras), que tiene como efecto visible la llamada radiación Cherenkov, una luz azulada que pueden detectar los telescopios Cherenkov en la superficie terrestre. Algunos de estos, muy bonitos y grandes, pueden verse en La Palma, donde se está construyendo el conjunto de telescopios Cherenkov más grande del mundo. El físico soviético descubrió este efecto viendo lo que pasaba en una botella de agua cuando era bombardeada por material radiactivo, y es que esta luz azulada es también muy típica de las piscinas de agua en reactores nucleares. Así que el primer efecto de la formación de un agujero negro puede ser una bonita lluvia de luz azul y partículas aceleradas en la alta atmósfera.

Algunas partículas pueden ser más rápidas que la luz sin contradecir la Teoría de la Relatividad que establece que nada puede acelerarse hasta la velocidad de la luz… en el vacío

Avanzando al segundo efecto, y volviendo a los protagonistas de nuestro chiste, nos toca hablar del Nobel Wolfgang Pauli, famoso por decirnos que no hay dos electrones iguales. Y, no tan famoso pero aun así curioso, que fuera conocido por la “conciencia de la física” y muriera en la habitación 137 de un hospital, que es un número “místico” en física, un adjetivo que también se decía de él. Gracias a Pauli sabemos de otra cosa que sentiríamos en la Tierra, o estamos sintiendo todo el rato, porque algunos cálculos indican que se forma un agujero negro cada segundo, pero esa es otra historia (como cuatro historias divergentes en este párrafo hasta ahora).

En 1930 Pauli dijo que cuando un neutrón emite un electrón y se transforma en un protón, algo que ocurre en menos de 15 minutos para la mitad de los neutrones solitarios del mundo (menos mal que los que nos importan están acompañados y son mucho más estables), muy bien, se conserva la carga: neutra para el neutrón (qué sorpresa), positiva para el protón y negativa, e igual que la anterior y, mira qué coincidencia, para el electrón.

Impresión artística de cómo podría ser el núcleo de la galaxia activa Messier 77. Una imagen detallada de un núcleo galáctico activo, la estructura de polvo y gas que rodea a un agujero negro supermasivo.
Impresión artística de cómo podría ser el núcleo de la galaxia activa Messier 77. Una imagen detallada de un núcleo galáctico activo, la estructura de polvo y gas que rodea a un agujero negro supermasivo.M. KORNMESSER L. CALCADA (AFP)

Pero a los físicos nos gusta la frase “las gallinas que entran por las que salen” y se lo aplicamos a todo, así que Pauli dijo que también se debía conservar algo que se llama momento, algo que se llama espín y algo que se llama energía. Y, ahorrándonos los detalles farragosos, al menos por hoy, si un neutrón suelta solo un protón y un electrón al desintegrarse no le da para conservar esas 4 cosas. Y Pauli dijo: “Tiene que existir una partícula desconocida hasta ahora, deben salir más gallinas al desintegrarse un neutrón”. Y la partícula se hizo (se descubrió en 1956) y se llamó neutrino (antineutrino en nuestro ejemplo), y vio Pauli que era buena (murió en el 58).

En la formación de agujeros negros a partir de estrellas muy masivas, como puede ser el caso de Rigel (visible ahora gran parte de la noche), lo primero y lo último que escapa del maremágnum que se forma antes de colapsar todo son neutrinos. Y esos neutrinos son libres como el Sol cuando amanece, llegan a la Tierra y nos atraviesan, aunque los más energéticos pueden ser parados y detectados gracias a la luz Cherenkov, luz azul creada por su movimiento más rápido que la luz en el medio, en este caso, agua.

En la formación de agujeros negros a partir de estrellas muy masivas, lo que escapa del maremágnum antes de colapsar son neutrinos. Neutrinos que llegan a la Tierra y nos atraviesan, los más energéticos pueden ser detectados… gracias a la luz azul de Cherenkov, ¡en el agua!

Y terminamos por el alemán, Albert Einstein, que ya había salido en nuestra historia de hoy ¡y en cuál no sale! ¿Han sentido alguna vez que todo se paraba alrededor, para luego sufrir un escalofrío junto con un déjà vu? Pues no sería por un agujero negro, porque aunque en su formación pueden crearse ondas gravitatorias, que perturban el espaciotiempo haciendo un metro y un segundo más cortos y más largos cíclicamente (durante el paso del pulso o “cuanto” de la onda), la verdad es que su efecto en la materia es muy pequeño.

Si las ondas gravitacionales que hemos detectado al fusionarse dos estrellas de neutrones o dos agujeros negros producen cambios (¡medibles!) en el espacio, de modo que lo que antes tenía 4 kilómetros de longitud cambia en la diezmilésima del tamaño de un protón (y, para más señas, 4 kilómetros serían 4 trillones de protones puestos uno al lado de otro). Por su parte, las que se generarían en la formación de un agujero negro estelar en la zona central de nuestra galaxia, donde no hay mes que no muera una estrella, serían al menos un orden de magnitud menos intensa, demasiado (poco) para nuestros detectores actuales.

Neutrinos, ondas gravitacionales y, sobre todo, como siempre, son los fotones los que más percibimos ahora mismo cada vez que se forma un agujero negro (estelar) en algún punto del universo. Bueno, podríamos percibir estas partículas cuando nos llega la señal a la Tierra y si tuviéramos los telescopios y detectores adecuados para los tres tipos de partículas (hemos identificado onda gravitacional con una partícula, el gravitón, en esta última frase, la cosa no es directa ni nos ocupa hoy).

Cuanto más lejos esté, menos energía nos llega de ese evento, el agujero negro estelar (y solitario) más cercano debió ocurrir a unos 5.000 años luz de distancia, no se sabe cuándo. Pero algo (sutil) se nota en el alma en nuestro planeta cuando una estrella se va y deja un agujero negro detrás. Nos lo contaron un soviético, un austriaco y un alemán, e involucran partículas sin (¿casi?) masa pero reales.

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Sobre la firma

Pablo G. Pérez González

Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

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