Un grupo de astrofísicos ha derribado la hipótesis de Kerr. Los agujeros negros siguen siendo una fuente de sorpresas

Los agujeros negros son los objetos conocidos más enigmáticos del universo. Solo las estrellas de neutrones y las de quarks se atreven a disputarles su protagonismo. Nuestro conocimiento aún no nos permite entender todos sus secretos, pero poco a poco los cosmólogos han ido desvelando algunos de sus misterios, de manera que ya tenemos algunas respuestas que nos ayudan a conocerlos un poco mejor. Sea como sea os propongo que antes de seguir adelante repasemos brevemente qué es un agujero negro.

Podemos definirlo como una región del espacio finita, y, por tanto, con un tamaño determinado, que aglutina en su interior la suficiente masa para ser capaz de generar un campo gravitatorio tan intenso que ninguna partícula es capaz de escapar de él. Ni siquiera los fotones, que son las partículas elementales que transportan la luz. Hay varios tipos de agujeros negros, pero los que los astrofísicos conocen mejor son los cósmicos, que proceden del colapso de estrellas muy masivas.

La masa de la estrella determina cómo será su final. Las menos masivas darán lugar a nebulosas, en cuyo centro perdurará una enana blanca, que es una estrella degenerada que ha agotado todo su combustible y tiene un tamaño muy inferior a su volumen inicial. Y las estrellas más masivas se transformarán en estrellas de neutrones, de quarks, o, si tienen la masa suficiente, en agujeros negros.

La hipótesis de Kerr tiene un problema

En 1963 el matemático y físico neozelandés Roy Kerr hizo una aportación muy importante a la física teórica: encontró una solución para las ecuaciones de campo de Albert Einstein que describe con precisión un agujero negro en rotación. Hasta ese momento la única herramienta que tenían los físicos para intentar entender los agujeros negros era la solución de Karl Schwarzschild, que describe un agujero negro esférico y sin la capacidad de rotar. Los astrofísicos no tardaron en darse cuenta de que el modelo de Kerr tiene una mayor credibilidad.

Hay varias razones por las que la métrica de Kerr tiene un carácter más general y es más realista que la solución de Schwarzschild. Una de ellas es que describe un agujero negro dotado de un horizonte de sucesos, que es la región del espacio que envuelve al agujero negro más allá de la cual cualquier objeto que la atraviese caerá irremisiblemente hacia su interior sin posibilidad alguna de salvación. Además, los astrofísicos han observado que la mayor parte de los objetos que podemos encontrar en el cosmos tienen un movimiento de rotación debido a que conservan el momento angular desde su formación.

Si las estrellas, los planetas, las estrellas de neutrones o las galaxias, entre otros objetos cósmicos, giran, parecía razonable asumir que los agujeros negros también deberían girar. Todo encajaba. El trabajo de Kerr es esencial en el dominio de la astrofísica, y gracias a él los investigadores han conseguido entender mejor la dinámica de los agujeros negros o la relatividad gravitacional, que estudia expresamente cómo actúa la gravedad sobre el espacio, el tiempo, y también cómo condiciona el movimiento de los cuerpos.

Además de lo que hemos visto hasta este momento, la solución de Kerr establece que el horizonte de sucesos no es el único horizonte de un agujero negro. En su interior hay otra región límite, conocida como horizonte de Cauchy, en la que el comportamiento del continuo espacio-tiempo se vuelve completamente impredecible debido a la presencia de una singularidad. En esta última región la curvatura gravitacional se vuelve infinita y las leyes de la física tal y como las conocemos no pueden ser aplicadas.

Es justo en este punto en el que un grupo de astrofísicos italianos, checos, daneses y neozelandeses ha obtenido un resultado que contradice la teoría de Kerr. En el artículo que han publicado en Physical Review Letters, y que os animo a leer si queréis profundizar más (también lo tenéis en arXiv), sostienen que el horizonte interior de un agujero negro no puede almacenar una cantidad infinita de energía. En algún momento a lo largo de la evolución del agujero negro la energía almacenada alcanzará un valor límite que lo desestabilizará.

Este es el punto más importante en el que la nueva teoría elaborada por este grupo internacional de astrofísicos se opone a la solución de Kerr. Y tiene una consecuencia que no podemos pasar por alto: los agujeros negros que engullen materia durante su actividad no pueden existir eternamente. Llegará un momento en el que la energía acumulada en su horizonte interior los desestabilizará. El problema es que esta teoría se opone a las observaciones debido a que los astrofísicos han identificado agujeros negros devoradores de materia, y, por tanto, con disco de acreción, con una edad de miles de millones de años. Uno de ellos es, curiosamente, el del centro de la galaxia M87, que tiene unos 13.000 millones de años.

Imagen | NASA

Más información | Physical Review Letters

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