Dice la sabiduría popular que: "Todo lo que sube, baja". Al margen de la amplitud del alcance de este dicho, hablando estrictamente esto no siempre es cierto.

Y este hecho está relacionado con los agujeros negros.

Imaginemos por un momento que estamos inmersos en la novela "De la Tierra a la Luna" de Julio Verne.

Nos encontramos en Stone Hill cerca de la en la ciudad de Tampa Town en Florida donde el Gun-Club acaba de excavar y fundir, el gigantesco cañón Columbiad que con sus 274 m de longitud y 2,74 m de diámetro, lanzará en breve un proyectil, el Atlanta, hacia la Luna.

Tampa -Town

En nuestra intervención imaginaria en la novela de Julio Verne, se nos permitirá realizar pruebas previas del cañón con diferentes cargas de algodón pólvora ( nitrocelulosa ), que nos permitirán variar la velocidad de salida del proyectil.

Con cargas modestas para la capacidad del cañón se cumplira el principio "Todo lo que sube, baja" y así obsevaremos que el proyectil alcanza una cierta altura dependiendo de la carga del cañón e inevitablemente vuelve a caer sobre la superficie de la Tierra.

Pero sabemos que el cañon está diseñado para enviar un proyectil a la Luna, es decir para conseguir que el Atlanta abandone la Tierra. Esto se consigue en la novela con una carga de unas 122 toneladas de algodón pólvora.

El Atlanta

Esta carga imprime al proyectil una velocidad inicial de 16 km por segundo (57.600 km/h) y esta velocidad se reduce por efecto del rozamiento atmosférico a 11 km por segundo (39.600 km/h)

El disparo hacia la Luna

Esta última velocidad es suficiente para hacer que el proyectil abandone definitivamente la atracción gravitatoria terrestre, es decir que no vuelva a caer nunca sobre la Tierra.

Esta velocidad se denomina velocidad de escape y depende en este caso de la masa de la Tierra y del radio terrestre.

En general para cualquier cuerpo celeste la velocidad de escape, es decir la velocidad que se debe imprimir a un objeto para que escape a su campo gravitatorio, viene dada por:

Siendo G la constante de la Gravitación Universal , M la masa del cuerpo y R su radio.

En el caso de la Tierra el radio es , la masa y la velocidad de escape es v= 11,19 kilómetros por segundo es decir unos 40.284 km/h.

En la Luna esta velocidad es de sólo 2,4 km/s unos 8.600 km/h

Esto es para el caso de la Tierra y la Luna, ahora imaginemos que tenemos un cuerpo celeste que su masa y su radio sean tales que hagan que esta velocidad sea igual o superior a la máxima obtenible en el Universo: La velocidad de la luz.

Tendremos un objeto del que ni siquiera la luz puede escapar a la atracción gravitatoria. La luz es incapaz de escapar de él y por tanto no emite ninguna radiación. Tenemos lo que denominamos un agujero negro.

Antes de continuar con el tema es necesario indicar que el fantástico cañón ideado por Julio Verne, sería incapaz de enviar un proyectil a la Luna. Cálculos modernos más precisos y con la utilización de explosivos más potentes que el algodón pólvora indican que la longitud mínima del cañón debería ser de unos 900 m.

Obtener una velocidad de 11 km/s en un recorrido de 900 m, necesita que la carga del cañón imprima al proyectil aceleraciones del orden de 20.000 veces las tolerables por un ser humano. El proyectil debería ser construido del mejor acero y ser prácticamente macizo para poder soportar estas enormes aceleraciones sin aplastarse a sí mismo. En la novela está construido de aluminio y en su interior viajan tres personas.

Un viaje tripulado imposible de realizar a cañonazos, pero realizable en la imaginación de Julio Verne en el siglo XIX.

Los agujeros negros fueron previstos por la Teoría General de la Relatividad de Einstein, en ella se muestra como un cuerpo lo suficientemente masivo curva en sus alrededores el espacio-tiempo de forma que ni la luz puede salir de él.

Esquema de la distorsión de un espacio plano por un objeto masivo

Aunque nos parezca increíble, el tiempo no transcurre por igual en todas partes y se ve influído por la gravedad, así cuanto más fuerte es, más lentamente transcurre.

Esto hace que un reloj situado al nivel del suelo vaya más lentamente que uno situado en lo alto de una torre. El efecto es muy pequeño pero se llegó a medir en 1972 por medio de relojes atómicos, uno de ellos en tierra y el otro a bordo de un cohete a 10.000 km de altura.

Hoy en día este efecto de enlentecimiento del tiempo se tiene en cuenta en el sistema GPS en el que relojes atómicos en órbita terrestre determinan la precisión del sistema. Si no se tuviera en cuenta este efecto relativista, el sistema sería impreciso.

Siguiendo este efecto, a medida que nos acercamos a un agujero negro aumenta la fuerza de la gravedad , el tiempo se enlentece y llega un momento en el que se detiene.

Esto ocurre a una distancia r=2GM/c² de su centro (c es la velocidad de la luz, 300.000 km/s).

Es el denominado radio de Schwarchild.

A esta distancia se forma una superficie esférica en torno al agujero negro que es el llamado horizonte de sucesos.

Mas allá de este punto el tiempo vuelve a existir pero se comporta de una forma no habitual para nosotros mostrando una componente matemática imaginaria que indican que quizás transcurra en una quinta dimensión diferente de las cuatro habituales del espacio-tiempo.

Nada que supere el horizonte de sucesos podrá jamás salir del agujero negro, ni tan sólo la luz que aunque no se ve afectada por la gravedad si lo está por la curvatura del espacio. A partir de este punto esta curvatura es tal que ni siquiera la luz puede escapar al agujero.

Evidentemente en un cuerpo celeste "normal" el tiempo tambien se enlentece a medida que nos acercamos a su centro pero este efecto es normalmente insignificante. Sólo la elevada relación masa/radio del agujero negro hace posible que la velocidad de escape supere la de la luz.

Ahora surge una pregunta: Si un agujero negro no emite ningún tipo de radiación. ¿Podemos detectarlo?

Evidentemente un telescopio jamás podrá "ver" un agujero negro ya que no emite ningún tipo de luz, pero si que serán medibles las desviaciones de las trayectorias de estrellas próximas.

Supongamos un sistema binario de estrellas (dos estrellas muy cercanas girando la una alrededor de la otra) en el cual una de las estrellas es visible y de la cual podemos calcular su distancia a la Tierra y su masa.

Esta estrella visible realizará unos movimientos oscilatorios en el espacio debido a la atraccióngravitatoria de la estrella invisible. A partir de estos movimientos se puede calcular la masa de la estrella invisible.

Si esta estrella invisible supera una masa de unos 2'5 veces la masa de nuestro sol,
tendremos que suponer que se trata de un agujero negro.

Si esta estrella visible se halla lo suficientemente cerca del agujero, parte de su materia será atraída por éste y esta atracción hará que las partículas atraidas adquieran velocidades cercanas a las de la luz. En estas condiciones emitirán rayos X que son detectables desde la Tierra.

Un ejemplo de objeto que reúne estas condiciones es Cignus - X1 que es una poderosa fuente de rayos X y la estrella invisible tiene una masa superior a 2,5 veces la masa de nuestro sol.

Hay muchos más candidatos a ser agujeros negros, algunos de ellos supermasivos como A06200-00.

La fuente de rayos X A06200-00 en la constelación de Unicornio, marcada con una cruz en un atlas celeste del siglo XIX

Por último tenemos el llamado disco de acreción que es una estructura en forma de disco formada por las partículas atrapadas por el agujero negro procedentes de estrellas vecinas. Este disco alimenta al agujero en su aumento de masa y su formación se rige por el principio de conservación del momento angular.

Cignus - X1: La estrella HDE 226868 es una supergigante cuya estructura exterior está cerca de un probable agujero negro

Dicho de otro modo es la estructura de mínima energía formada por partículas que se puede formar alrededor de un agujero negro. en su formación intervienen fuerzas como la centrífuga y las magnéticas.

Los discos de acreción más activos presentan fuertes chorros de emisión de materia a lo largo del eje de rotación. Este fenómeno se denomina comúnmente difusión ambipolar. La estructura y naturaleza de los mecanismos de emisión en chorro no se conocen con precisión.

El núcleo de la galaxia elíptica gigante M87, donde hay evidencia de un agujero negro supermasivo. También se observa un potente chorro (jet) de materia eyectada por los poderosos campos magnéticos generados por éste. Imagen tomada por el Telescopio espacial Hubble

En realidad todavía quedan muchas dudas sobre los agujeros negros. Son un objeto surgido de la física teórica que están siendo confirmados por la observación.

Un objeto capaz de engullir todo aquello que se le acerque lo suficiente y en cuyo interior el tiempo nos sea una cosa extraña no deja ni dejará de excitar la imaginación.

Una imaginación que se vé desbordada por la imposibilidad de representar espacios de más de tres dimensiones.

Siempre queda seguir pensando en algo más cercano como la Luna.

Las ilustraciones de la novela "De la Tierra a la Luna" corresponden a la primera edición sobre 1870