Un agujero negro no es más que una región del espacio en la que la fuerza gravitatoria es tan intensa que nada puede escapar de ella, ni siquiera aunque se mueva a la velocidad de la luz. Estos objetos extremos se forman cuando una estrella muy masiva agota su combustible y, de repente, sin una explosión termonuclear que la contrarreste, toda la masa de la estrella se precipita hacia el núcleo, compactándolo más allá de cualquier límite imaginable.
Mientras este proceso tiene lugar, la estrella se comprime tanto que prácticamente todo su volumen entra en fase de fusión nuclear por lo que, literalmente, la estrella se convierte en una bomba termonuclear de millones de kilómetros de diámetro. Esta explosión es lo que los astrónomos llaman una supernova y su brillo puede ser tan intenso como para rivalizar con el resto de la galaxia en la que se encuentra.
El caso es que la masa del núcleo de la estrella queda comprimida en un punto tan pequeño que la intensidad de la gravedad a su alrededor crece hasta límites extremos. Y, básicamente, eso es un agujero negro: una región pequeña del espacio que contiene muchísima masa en proporción a su volumen.
Por otro lado, aunque el término “antimateria” suene muy exótico, en realidad simplemente se trata de unas partículas que tienen la misma masa que las que forman la materia ordinaria, pero carga eléctrica opuesta. Este se debe a que, a un nivel más fundamental, tanto los protones como los neutrones que se pueden encontrar en el núcleo de los átomos están compuestos por unas partículas aún más pequeñas llamadas quarks.
Combinaciones diferentes de los distintos tipos de quarks dan lugar a partículas con propiedades distintas. Los nombres de cada uno de esos tipos pueden sonar raros (arriba, abajo, extraño, encanto, cima y fondo, complementados por un antiarriba, antiabajo, etc.) pero, en el fondo, no son más que términos que se utilizan para describir 6 estados en los que se pueden encontrar los diferentes quarks cuando se unen para formar partículas más grandes.
Por ejemplo, los protones están formados por dos quarks arriba y uno abajo. En consecuencia, como los quarks arriba tienen dos tercios de una eléctrica carga positiva cada uno y el abajo tiene un tercio de una carga negativa, el protón resultante termina teniendo una carga positiva de +1.
Los antiprotones, por ejemplo, son simplemente un tipo de partículas formadas por otra combinación de quarks (dos antiarriba y un antiabajo) que termina teniendo la misma masa que un protón ordinario pero que, en conjunto, tiene carga negativa en vez de positiva. Estos antiprotones se pueden unir con los positrones, otra partícula fundamental que tiene carga positiva y la misma masa que un electrón, para formar átomos de antihidrógeno.
En cualquier caso, lo realmente interesante de este tema es lo que ocurre cuando materia y antimateria entran en contacto: se aniquilan por completo, convirtiendo el 100% de su masa en energía. En rayos gamma, los más energéticos del espectro electromagnético, para ser más concretos.
¡Exacto! ¡Metemos antimateria en el agujero negro y lo desintegramos antes de que llegue hasta nosotros!
Bueeeeno… En realidad ese plan tiene un pequeño fallo.
Hemos visto que, por mucho que la carga eléctrica de antimateria sea distinta, su masa sigue siendo la misma que la de la materia ordinaria. Y resulta que a los agujeros negros no les importa la carga eléctrica de las partículas que caen en su interior: toda partícula que entre en él, sin excepción, termina comprimida en la singularidad y formando parte de él. Un agujero negro lo mezcla todo, independientemente de que se trate de materia o de antimateria… Así que disparar antimateria contra un agujero negro sólo lo hará más grande.
En primer lugar, es muy probable que la materia que hay dentro de un agujero negro no retenga las propiedades que tenía en el exterior. Quiero decir, que cuando la materia se comprime más allá de los límites de los átomos, se convierte más bien una sopa de partículas aún más fundamentales (como ocurre en el caso de las estrellas de neutrones).
En realidad, aún suponiendo que la materia mantuviera su forma dentro de los agujeros negros, disparar antimateria contra ellos seguiría empeorando aún más la situación. Esto se debe a que, como bien dice la famosa ecuación de Einstein, la masa y la energía son dos caras de la misma moneda. Por tanto, aunque la materia y la antimateria se desintegraran dentro del agujero negro, convirtiéndose en una cantidad tremenda de energía, esa energía no podría escapar de su interior debido a su propia influencia gravitatoria… Así que estaríamos en las mismas.
¿Y si disparáramos otro agujero negro contra él, pero que estuviera hecho de antimateria?
De nuevo, en términos de masa, un agujero negro hecho de antimateria es igual que uno hecho de materia ordinaria. Puedes lanzar un contra otro pero, al final, lo único que conseguirás será crear un agujero negro el doble de masivo que el original (aunque con una carga diferente, si eso te consuela), así que la antimateria no nos ayudaría en absoluto. Más bien al contrario, en realidad.
Tiene que haber otra solución…¡Hacer que el agujero negro gire tan rápido que se destruya!
Pues parece que, tal vez, un agujero negro podría rotar tan deprisa que su horizonte de sucesos desapareciera (aunque, en un principio, no debería ser posible). Pero no cantes victoria, porque, aunque este fenómeno dejaría al descubierto la singularidad central, permitiéndonos observarla, el agujero negro en sí no desaparecería ni saldría despedida en todas direcciones. Lo único que conseguiríamos con esta solución es verle la cara al agujero negro antes de que nos trague.
Pero, ¿de verdad no hay ninguna manera de hacer que un agujero negro desaparezca?
Es que piensa en lo que le estás pidiendo al universo: que una masa equivalente a varias estrellas deje de existir de repente, como si nunca hubiera estado allí en un primer lugar.
Aun así, tengo otro dato que te podría interesar: en realidad, todos los agujeros negros terminan desapareciendo por su cuenta a través de la famosa radiación de Hawking. Dicho en otras palabras, cuando se quedan sin material que engullir a su alrededor, los agujeros negros se empiezan a “evaporar” lentamente mientras emiten su masa al espacio.
¿Pero no decías que nada puede escapar a la atracción gravitatoria de un agujero negro? ¿Cómo van a emitir nada?
Pues porque resulta que la masa no sale de dentro del agujero negro, sino del borde exterior de su horizonte de sucesos. La explicación que se suele dar para este fenómeno es la siguiente.
Igual que la materia y la antimateria se aniquilan entre sí cuando entran en contacto y se convierten en energía, en un lugar donde hay mucha energía acumulada también pueden aparecer pares de partículas y antipartículas. En condiciones normales, estos pares de partículas se verían atraídas por su carga opuesta y se aniquilarían, convirtiéndose de nuevo en energía… Pero, en el borde de un agujero negro, las condiciones son de todo, menos normales: cuando un par de partículas aparece en la energética región que rodea el horizonte de sucesos, la intensa gravedad del agujero negro es capaz de capturar una de las partículas producidas, mientras que la otra sale disparada hacia el espacio.
De esta manera, la pérdida de partículas creadas a partir de la propia energía del agujero negro hace que estos objetos emitan su masa al espacio lentamente.
Pero resulta que esta explicación no termina de ajustarse al fenómeno real porque los agujeros negros que tienen una masa superior a la del sol (todos los que existen en la actualidad, básicamente) sólo emiten radiación de Hawking en forma de radiación electromagnética, no de partículas (comentaba con más detalle la diferencia entre distintas radiaciones en esta otra entrada). Dicho de otra manera, la radiación de Hawking viene a ser lo mismo que el “brillo” del agujero negro, un brillo que se vuelve más intenso a medida que el agujero pierde masa y hace que empequeñezca cada vez más deprisa.
Veamos entonces dónde viene ese “brillo”.
Una mejor analogía sería que lo que realmente se produce en el horizonte de sucesos de un agujero negro normal son pares de fotones. Pero, claro, como no existen los “antifotones”, esos pares consisten en un fotón con energía negativa y otro con energía positiva. Tras la producción, el fotón con energía negativa vuelve a caer en el agujero negro mientras que el que tiene energía positiva sale disparado hacia el espacio, convirtiéndose en la radiación electromagnética que emite el agujero negro. Los agujeros negros actuales, masivos y poco energéticos, emiten básicamente ondas de radio de onda muy larga.
Como la energía y la masa son equivalentes, esta emisión constante de energía electromagnética de los agujeros negros se traduciría en una lenta pérdida de masa… Pero, de nuevo, aunque este escenario nos pueda ayudar en mayor o menor medida a hacernos una idea de cómo pierde su masa un agujero negro, tampoco estaría describiendo de manera adecuada la realidad, que tiene más que ver con los fenómenos cuánticos que tienen lugar en la región que rodea el horizonte de sucesos del agujero negro.
En cualquier caso, los agujeros negros que existen en la actualidad están perdiendo masa a un ritmo muy lento través de este mecanismo. Por ejemplo, un agujero negro con una masa parecida a la del sol tardaría unos 2×1067 años en evaporarse (uno dos seguido de 67 ceros). Para hacernos una idea de lo abrumadoramente grande que es este número, pensemos que el universo tiene unos 14.000 millones de años o alrededor de 1,4×1010 años, que es lo mismo. Para que la edad del universo igualara el tiempo de evaporación de un agujero negro, habría que añadir 57 ceros a esa cifra y, teniendo en cuenta que cada nuevo cero multiplica la cantidad anterior por 10, podés hacerte una idea de lo que significa añadir 57 ceros a la edad del universo.
Por este motivo, cualquier agujero negro que se haya formado durante la historia del universo aún es demasiado joven como para haber perdido la más ínfima parte de su masa. De hecho, los agujeros negros actuales están absorbiendo más energía de la radiación de fondo de microondas de la que pierden a través de la radiación de Hawking que emiten (hablaba de la radiación de fondo de microondas en esta otra entrada).
O sea, que cualquier agujero negro que se dirija hacia nosotros nos engullirá muchísimo antes que se evapore.
¿Y no hay ninguna manera de acelerar el proceso para detenerlo?
Pues parece que no. El ritmo al que se evapora un agujero negro depende de su tamaño: cuanto más grande es el agujero negro, más débil es la radiación que emite y, por tanto, más lentamente se evapora. A medida que el agujero negro pierde masa, el proceso se acelera cada vez más hasta que se evapora de golpe al final del proceso… Pero, como hemos visto, por muchas cosas que intentemos hacerle a un agujero negro, lo único que conseguiremos será aumentar su masa, alargando su vida aún más.
De hecho, acelerar su evaporación tampoco sería una buena idea. Sí, la Tierra se libraría de de ser engullida, pero la tremenda cantidad de radiación que emitiría el agujero negro al desaparecer esterilizaría la superficie de nuestro planeta (suponiendo que no lo destrozara por completo). O sea, que la moraleja de esta historia es que no hay manera de destruir un agujero negro.