Guillermo Sánchez León
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Eureka Agujeros negros, esos extraños cuerpos celestes. Una entrevista a José L. Hernández Barbón

En la última semana de octubre de 2018, coincidiendo con las celebraciones del VIII centenario de la Universidad de Salamanca, en Palacio Fonseca se celebró las X Jornadas CPAN  en las que participaron mas de 200 científicos. Entre los participantes estaba José Luis Fernández Barbón, investigador del Instituto de Física Teórica del CSIC y la Universidad Autónoma de Madrid, especialista en agujeros negros y magnifico divulgador (IFT en Youtube). Le realizamos una entrevista, para EUREKA, que podéis escuchar AQUI, en la que nos habla sobre de un área tan apasionante como difícil que es el estudio de los Agujeros Negros. El estudio de los agujeros negros no es solo una curiosidad de la física teórica, su comprensión se considera fundamental para entender las leyes que rigen nuestro universo.

Del primer agujero negro a los quásares

En 1964 los sensores situados en un cohete detectaron una enigmática señal de una emisión de rayos X de origen desconocido. Mas adelante se comprobó que la fuente de rayos X procedía de la constelación del Cisne. Un análisis más detallado mostró que su origen estaba en un sistema binario formado por una estrella gigante azul que tenía una compañera invisible que se le denominó Cygnus X-1. Era el primer candidato a agujero negro, un tipo de objeto que la teoría general de la relatividad prevé cuando la gravedad producida por una masa impide que la luz escape del objeto. De acuerdo con dicha teoría el agujero negro está limitado por una esfera imaginaria que se conoce como horizonte de sucesos, de la que ninguna señal procedente del agujero negro puede escapar. Durante años no estuvo claro que Cygnus X-1 fuese un agujero negro. Stephen Hawking apostó contra su amigo Kip Thorne que Cygnus X-1 realmente no era un agujero negro. En su libro Breve historia del tiempo cuenta que en 1985 había suficientes evidencias para considerar que Cygnus X-1 era un agujero negro con una probabilidad del 95% y pagó la apuesta a Thorne consistente en una suscripción a Penhouse por 1 año. Y no es que Hawking no creyese en los agujeros negros, de hecho, era probablemente la persona que mejor los había estudiado. Hoy se sabe que el sistema formado por la gigante azul, denominada HDE 226868, y Cygnus X-1 está situado a unos 6.070 años luz de nosotros y es más complejo de lo que se pensaba. Cygnus X-1 se acepta que es un agujero negro con 14 veces la masa del sol. La gigante azul y Cygnus X-1 están próximos, el equivalente a la quinta parte a la que hay entre la Tierra y el Sol. La estrella está perdiendo masa que es engullida por el agujero negro formando un disco entorno a Cygnus X-1. El disco está a millones de grados, generando los rayos X observados desde la Tierra.

Cygnus X-1 pertenece al tipo de agujeros negros que se consideran se han formado al colapsar estrellas gigantes al final de su vida, pero hay otros agujeros negros, como el que está en el centro de nuestra galaxia, y probablemente en el centro de todas las galaxias, de masas millones de veces la masa del Sol. Su origen aún no está claro.

agujeronegrointerstellar

¿Se pueden observar los agujeros negros? Kip Thorne uno de los grandes especialistas en agujeros negros, en 2014 asesoró en los efectos especiales de la película Interstellar, considerándose que la simulación del agujero negro (imagen de arriba) que aparece en la película es la más realista que se había hecho.

La radiación Hawking y el problema de la  conservación de la información

Durante años se asumía que nada de lo que caía en un agujero negro podría salir de él, hasta que el 1 de marzo de 1974, cuando Hawking contaba con 32 años y la una terrible enfermedad llamada ELA ya estaba haciendo estragos en él, publicó un revolucionario artículo con el título: Black hole explosions? Hawking mostraba cómo en ciertas condiciones un agujero negro puede ir perdiendo masa emitiendo radiaciones en forma de calor. A este proceso se le conoce con el nombre de radiación de Hawking. Nadie la ha observado (es una de las causas por las que Hawking no tiene el Nobel) y es lógico que sea así, pues de existir, y pocos lo dudan, su emisión sería extremadamente débil lo que la hace indetectable. La probabilidad de generación de la radiación Hawking es mayor mientras más baja sea la temperatura del Universo. En miles de millones de años nuestro Universo será mucho más frio y los agujeros negros emitirán cada vez mayor energía. Según la predicción de Hawking, en su etapa final acabarán desintegrándose en una gran explosión.

Los agujeros negros plantean números interrogantes: Uno de ellos es si la información que cae en ellos se pierde. Veamos su significado con un experimento mental, es complicado hacer el experimento real (NAUKAS):
Supongamos dos agujeros negros Pepe y Paco tienen exactamente la misma masa, carga y momento angula. Arrojamos en Pepe la Enciclopedia Británica. En Paco arrojamos la Enciclopedia Espasa arrancan suficientes paginas para aseguramos que su masa sea idéntica a la Británica. En ambos casos cada agujero las engullirá y las destruirá. Cuando finalmente exploten, dentro de unos miles de millones de años, mediante la emisión de la radiación Hawking ¿Se habrá perdido la información de ambas enciclopedias o habrá alguna forma de recuperarla? La cuestión es si los agujeros tienen alguna característica donde se recoja la información y que pueda ser recuperada, humorísticamente se dice que si tienen pelo o no que los haga distinguibles unos de otros. Si los agujeros tienen pelos, es decir si conservan la información, en cierto sentido seremos eternos pues la información de todo lo que ha ocurrido en el universo se conservará para siempre, o al menos por unos miles de millones de años.

La primera detección de ondas gravitaciones 

A las 9 h 50 min 45 seg hora UTC del 14 de septiembre de 2015 una señal atravesaba los detectores de ondas gravitacionales LIGO de Hanford (Estado de Washington, EE UU), la misma señal llegaba a los detectores de Livingston (Luisiana, EE UU)  7 milisegundos después (el tiempo que tardo recorrer las ondas desde LIGO Hanford a  LIGO Livingstonen).

Un análisis de la misma mostró que eran la ondas gravitacionales generadas por la colisión de dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno. El proceso duro dos décimas segundo, durante este tiempo la velocidad relativa de los agujeros negros que orbitaban girando entre si aumentó del 30 % al 60 % de la velocidad de la luz. Los agujeros negros se fusionaron en uno solo y durante el proceso liberaron en forma de ondas gravitacionales una energía equivalente a la que se produciría si tres soles convirtiesen toda su masa en energía. Compárese con la energía generada por una explosión de una bomba nuclear en la que se convierte en energía solo unos gramos de masa. Una de las predicciones de la teoría general de la relatividad hecha 100 años antes quedaba confirmada y un nuevo campo para la astronomía quedaba abierto.  Esta detección fue la principal justificación por la que se otorgaría a Kip Thorne (al que nos hemos referido) ,  Rainer Weiss, Barry Barish, el premio nobel de Física de 2017 .

guillermo
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