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En una noche triste de Diciembre de 1915, un teniente alemán garabateaba en un cuaderno mientras la Primera Guerra Mundial rugía en las afueras de las trincheras del frente ruso. Los barracones resonaban con el ruido de la guerra, las explosiones de los proyectiles, las órdenes dadas a gritos, los silbidos y los llantos de los hombres heridos. Cuanto más estudiaba el artículo de Einstein, el teniente se sentía más y más incrédulo. Sus cálculos probaban que si se comprime cualquier masa hasta cierto radio, ocurre un hecho extraño: ninguna fuerza conocida podría evitar que la masa colapsara y por lo tanto, nada absolutamente podría escapar de dicho radio. Lo que el teniente había encontrado eran las soluciones exactas de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general. Dejó los papeles sobre la mesa y se sentó de nuevo en su silla: “Tengo que escribir a Einstein”, pensó.

El teniente aleman de 40 años era el físico y astrónomo Karl Schwarzschild. El radio que él mismo postuló mientras las balas sobrevolaban su cabeza sería conocido más tarde como el radio de Schwarzschild. Este radio define una superficie conocida como el horizonte de sucesos del agujero negro: un agujero en el espacio desde el cual no puede escapar ningún tipo de información y las leyes de la física fundamental dejan de tener sentido.

El misterio de los agujeros negros va más allá del hecho de que se postularan en el frente de la primera guerra mundial. En un principio, eran simplemente un experimento mental sobre el papel. A Einstein le encantaban los experimentos mentales y, a pesar de que pensaba que las matemáticas eran perfectas y hermosas, descartó la idea de los agujeros negros pensando que era un concepto inverosímil y que la naturaleza nos protegería de su formación. Sin embargo, ahora sabemos que no es así. La naturaleza crea los agujeros negros a partir de la muerte de las estrellas una y otra vez. Cuando la materia estelar colapsa, se compacta y forma un agujero negro.

Lo más asombroso no es solo que los agujeros negros existan, sino que además abundan en nuestro universo. Solamente nuestra galaxia es el hogar de unos pocos de miles de millones de estrellas. Alrededor de un 1% son lo suficientemente grandes para colapsar al final de sus vidas y convertirse en agujeros negros. Y esos ya son muchos agujeros negros (sin mencionar el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia que pesa unos millones de veces el peso del Sol).

Los agujeros negros han protagonizado dos de los descubrimientos más emocionantes de nuestro siglo. En 2015, dos agujeros negros, cada uno con una masa aproximada de unas 30 veces la masa del sol,  colisionaron entre sí creando un agujero negro más grande y emitiendo poderosos temblores cósmicos a través del espacio-tiempo. El ‘sonido’ de esta colisión fue detectada por LIGO: el instrumento de medida más sensible jamás construido. Esta detección histórica, que ganó el premio Nobel, reveló secretos sobre el origen y la evolución de los agujeros negros, y sobre los vecindarios cósmicos extremos.

Recientemente, el mundo vio por primera vez la foto de un agujero negro. Fue tomada por un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, hecho a partir de la conexión de antenas de radio alrededor del planeta. Este telescopio virtual tiene la mejor magnificación de todos los dispositivos jamás creados por el hombre. ¿Cómo fotografiamos un agujero negro que se esconde más allá de nuestro alcance de observación? A medida que el agujero negro devora materia proveniente de distancias muy grandes, el gas colisiona casi a la velocidad de la luz y su temperatura aumenta cientos de miles de millones de grados. Este gas increíblemente caliente se queda alrededor del agujero negro esperando su turno de ser devorado formando un anillo brillante, y dura el tiempo suficiente para que nosotros podamos observarlo. La silueta del agujero negro permanece en el centro del anillo: un vacío negro que observa fijamente.

Uno de los aspectos más intrigantes de un agujero negro es que no tiene nada físico en su superficie. De hecho, toda la información que un agujero negro puede contener equivale a la cantidad de información que cabe en la superficie del horizonte de sucesos. Pero las cosas se vuelven aún más extrañas. Según los físicos teóricos, si un astronauta con mala suerte cae dentro de este abismo cósmico, el resto de observadores fuera del agujero negro vería como el astronauta frenaría y se pararía justo en el horizonte de sucesos. Por lo tanto, aunque el astronauta haya cruzado el horizonte encontrándose con su destino, para nosotros parecería que se ha quedado atascado justo fuera del horizonte de sucesos y que nunca llegó a cruzar.

Lo que en realidad sucede en las regiones sombrías de un agujero negro es un misterio perenne. Actualmente nuestras leyes de la física están incompletas y, la verdad, es que no tenemos ni idea de lo que sucede dentro. En esta región es donde dos teorías fundamentales que describen nuestro mundo se enfrentan: la teoría de la física cuántica (la física de las cosas pequeñas) y la teoría del espacio tiempo y de la gravedad de Einstein (que describe fenómenos a escalas muy grandes).

A pesar de que los agujeros negros son evidencias científicas, pueden llegar a ser más extraños que la propia ficción y es que, lo que ocurre dentro del horizonte de sucesos, se queda en el horizonte de sucesos.

Traducido por: Guadalupe Cañas Herrera.

Guadalupe Cañas Herrera es una estudiante de doctorado en el Instituto Lorentz de Física Teórica y el Observatorio de Leiden (ambos pertenecientes a la Universidad de Leiden), en el campo de la Cosmología. Obtuvo su título de máster en Cosmología en la Universidad de Leiden (Países Bajos) y su grado en física fundamental por la Universidad de Cantabria (España).

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