Singularidad, el corazón de los agujeros negros donde se rompen leyes de la naturaleza

Aunque sus propias teorías sugirieron su existencia, hasta el mismo Albert Einstein pensó que, en la práctica, serían difíciles de encontrar.

Los agujeros negros, esos centros de gravedad extrema en lo profundo del cosmos, han sido por años uno de los temas que más dolores de cabezas e incertidumbres han generado entre los astrónomos.

Este martes, la Real Academia de las Ciencias de Suecia decidió reconocer a través de tres autoridades en el tema a aquellos que a lo largo de los años se han dedicado a estudiar estos extraños entes que escapan incluso a la imaginación.

El británico Roger Penrose, el alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez serán galardonados en diciembre con el Nobel de Física por sus hallazgos sobre los agujeros negros.

"En el caso de Genzel y Ghez sus aportes se tratan de que lograron demostrar a través de observaciones astronómicas la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia", explica a BBC Mundo Eduard Larrañaga, físico teórico y profesor del Observatorio Nacional de Colombia.

"En el caso de Penrose, aunque entendemos que la Academia también lo premia por el tema de los agujeros negros, su contribución a la física va mucho más allá", agrega.

De acuerdo con el físico colombiano, fueron las ecuaciones y teorías de Penrose las que ayudaron a los científicos hace más de medio siglo a entender que los agujeros negros que había previsto la teoría de la relatividad general de Einstein eran posibles en la realidad.

"Aunque la teoría de la relatividad general es de 1916, hasta la década de 1950 el tema no se abordó mucho, porque incluso el mismo Einstein pensaba que los agujeros negros no iban a ser posibles en la naturaleza por sus características tan extrañas", recuerda.

El físico colombiano cuenta que en los años 50, algunos estudiantes de Einstein comenzaron a hacer algunos cálculos para explicar cómo una estrella, cuando muriese, podría dar origen a un agujero negro.

"Sin embargo, los cálculos que se hicieron en esa época fueron hechos suponiendo que la estrella era completamente esférica, pero es una idealización del problema, porque en la realidad las estrellas no son así", señala Larrañaga.

"Lo que hace Penrose es demostrar que incluso estrellas que no tuvieran un comportamiento totalmente esférico, sino que tenían perturbaciones, podrían experimentar un proceso de colapso que llevase a la formación de un agujero negro", agrega.

Así, dice, la teoría de Penrose demostró la posibilidad de la existencia en la naturaleza de estos esquivos objetos.

De acuerdo con el académico colombiano, Penrose también contribuyó a la física con notables desarrollos sobre la gravitación o la cosmología, pero su contribución al estudio de los agujeros negros no terminó de determinar su origen.

El ahora Nobel británico consideró que en algunos puntos del universo y, en especial en el centro de los agujeros negros, existían ciertas "singularidades" que, de alguna forma, cuestionaban todas las leyes de la física.

Años después, su teorema sobre las singularidades sería aplicado por su discípulo, Stephen Hawking, para comprender también el momento primigenio del Big Bang.

Pero ¿de qué se trata?

La singularidad

De acuerdo con Larrañaga, Penrose partió de la comprensión de que existen ciertos puntos, o condiciones del espacio-tiempo, donde la física deja de funcionar.

Es decir, donde las leyes que creemos universales no aplican.

"Por ejemplo, un agujero negro. Uno sabe que un agujero negro es un objeto con una gravedad enorme. ¿Por qué tiene una gravedad enorme? Porque tiene mucha masa. Y resulta que esa masa está concentrada en una región muy pequeña. Toda esa masa se fue a un punto. Entonces en ese punto la gravedad es infinita, la densidad es infinita y muchas otras cantidad físicas se van al infinito", explica.

De acuerdo con el científico, cuando esto ocurre, esos "infinitos" no se pueden manejar con las matemáticas usuales: "Una ecuación cualquiera con infinitos deja de tener sentido", dice.

Esto, comenta, da origen a esas "singularidades" en el espacio-tiempo.

"Es el punto del universo donde las ecuaciones de la física dejan de funcionar, por alguna razón. Usualmente es porque cantidades físicas como la masa o la densidad crecen, se van hacia el infinito", comenta.

Es lo que pasa, dice el científico, en el centro de los agujeros negros.

Allí "está acumulada toda la masa, entonces la densidad es infinita. En ese punto, las ecuaciones de la física de la relatividad general no tienen funcionamiento", señala.

De acuerdo con Larrañaga, la singularidad es entonces ese punto central de los agujeros negros donde toda la masa está concentrada.

"Es el corazón, el núcleo del agujero negro, donde la densidad es infinita y por esa razón, las ecuaciones de la física no funcionan, porque donde aparezca la densidad, todo crece. Entonces las ecuaciones dejan de funcionar", argumenta.

El físico colombiano recuerda que esta aproximación resultó fundamental, porque ayudó a la comprensión tanto de los agujeros negros como de procesos cosmológicos como el Big Bang.

Sin embargo, explica que su complejidad y lo que implica para la física son tales que muchos científicos cuestionan su existencia.

"Hay muchos físicos en la actualidad que creen que las singularidades no existen, porque si las aceptamos, las leyes de la física colapsan ahí", dice.

"Entonces cuando nosotros como físicos aceptamos las singularidades estamos aceptando que la física tienen un límite".

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