Esta es la solicitud de empleo más extraña de la física: el hombre cuyas ecuaciones hicieron pensables los agujeros negros dedicó parte de su carrera a argumentar en su contra. En 1939, Albert Einstein tomó su propia teoría general de la relatividad e intentó usarla para demostrar que los agujeros negros no podían existir.
El universo se negó a cooperar. En el transcurso de una sola vida, los astrónomos pesaron uno, escucharon a dos de ellos chocar y finalmente fotografiaron uno. Un agujero negro es una región donde la gravedad gana sin condiciones —lo que cruza el límite se queda dentro, incluida la luz— y la historia de cómo llegamos a creer en ellos está llena de apuestas, dudas y un asterisco muy bien colocado.
La idea llegó en una carta de 1784
La primera versión de un agujero negro es anterior a Einstein por más de un siglo, y llegó por correo. John Michell, astrónomo y clérigo inglés, calculó que una estrella con la densidad del Sol pero 500 veces su radio engulliría su propia luz: en la superficie, la velocidad necesaria para escapar sería mayor que la velocidad de la luz misma. Publicó el cálculo como parte de una carta en 1784.
La "estrella oscura" de Michell se basaba en una física equivocada y aun así dio con la idea correcta: una masa tan concentrada que la luz no puede escapar de ella. Costó la mayor parte de dos siglos que el concepto dejara de sonar como una broma matemática.
El mayor escéptico escribió las ecuaciones
El intento de Einstein en 1939 de descartar los agujeros negros es una de las grandes ironías de la ciencia: la teoría que defendía seguía insistiendo silenciosamente en su existencia. El asunto quedó resuelto —al menos matemáticamente— en 1965, cuando Roger Penrose demostró que la relatividad general predice singularidades dentro de cada agujero negro. No eran una casualidad de modelos ordenados y simétricos que se desvanecería en el desordenado universo real. Eran la norma.
Ese resultado transformó los agujeros negros de una curiosidad en una predicción. Lo que aún faltaba era uno real, suspendido en el cielo, al que los astrónomos pudieran señalar.
Una apuesta que Stephen Hawking esperaba perder
El señalamiento comenzó con Cygnus X-1, una intensa fuente de rayos X en la constelación del Cisne. Para 1971, varios grupos de investigación lo habían identificado de forma independiente como el primer candidato a agujero negro en obtener una aceptación amplia. El objeto se negaba a comportarse como una estrella ordinaria, y el caso se fortalecía cada vez más.
De hecho, lo bastante fuerte como para apostar. En 1975, Stephen Hawking y Kip Thorne hicieron una apuesta amistosa sobre si Cygnus X-1 realmente contenía un agujero negro, y Hawking, que llevaba años trabajando en la teoría de los agujeros negros, apostó deliberadamente en contra, de modo que perder la apuesta significara al menos ganar en física. Se rindió en 1990, cuando las observaciones dejaron poco margen para la duda. Hoy se estima que el objeto compacto de Cygnus X-1 tiene unas 21,2 veces la masa del Sol, un objeto que ninguna estrella ordinaria conocida podría explicar.
Los agujeros negros no son del todo negros
El premio de consolación de Hawking fue mayor que la apuesta. En 1974 demostró que la teoría cuántica de campos obliga a los agujeros negros a brillar, débilmente, como un cuerpo negro, a una temperatura determinada por su gravedad superficial. Este es el efecto que hoy se conoce como radiación de Hawking, y significa que un agujero negro puede, en principio, evaporarse lentamente.
En la práctica, ninguno se está encogiendo todavía. Incluso la clase más pequeña observada, los agujeros negros estelares, absorbe actualmente más masa del fondo cósmico de microondas —el tenue resplandor residual del Big Bang— de la que pierde mediante la radiación de Hawking. Por ahora, las cuentas solo aumentan.
El día en que el espacio-tiempo sonó como una campana
Durante cien años, toda prueba sobre los agujeros negros fue indirecta. Luego, a finales de 2015, las colaboraciones LIGO y Virgo captaron la primera detección directa de ondas gravitacionales, un evento llamado GW150914 y, al mismo tiempo, la primera fusión de agujeros negros jamás observada.
La letra pequeña de la señal es asombrosa. Los dos agujeros negros que se fusionaron en espiral tenían aproximadamente 30 y 35 veces la masa del Sol, y la colisión ocurrió a unos 1,4 mil millones de años luz de la Tierra. Una onda en el espacio-tiempo recorrió esa distancia y aun así se registró en los instrumentos de aquí. Le han seguido cientos de detecciones similares, pero GW150914 fue el momento en que los agujeros negros dejaron de estar en silencio.
Retratos de dos monstruos
Escuchar los agujeros negros no era suficiente; los astrónomos querían ver uno. El 10 de abril de 2019, el Telescopio del Horizonte de Sucesos publicó la primerísima imagen directa de uno: el gigante supermasivo en el núcleo de la galaxia Messier 87, resplandeciendo como un anillo de brasas alrededor de un agujero en el cielo.
La secuela estuvo más cerca de casa. En 2022, la misma colaboración publicó una imagen de Sagitario A*, el agujero negro en el centro de nuestra propia Vía Láctea, reconstruida a partir de datos recopilados ya en 2017. Dos retratos, dos galaxias, una física idéntica: la evidencia visual más sólida hasta ahora de que los horizontes de sucesos son lugares reales, no contabilidad teórica.
El peso pesado de la puerta de al lado
La primera imagen de Sagitario A, captada por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos. Foto: EHT Collaboration, Wikimedia Commons, CC BY 4.0*
Sagitario A* es el agujero negro que mejor conocemos, y las cifras son maravillosamente precisas. Su masa resulta ser de 4,297 millones de masas solares, con un margen de apenas 0,012 millones, una contabilidad tan exacta que haría sentir orgulloso a cualquier banco. Se encuentra a unos 26.000 años luz de distancia, y su tamaño medido resulta ser de 51,8 millones de kilómetros —unas 32,2 millones de millas— de diámetro.
Esa cifra merece una comparación. La Tierra orbita a 150 millones de kilómetros del Sol, y Mercurio se acerca hasta los 46 millones de kilómetros en su punto más cercano. Si se colocara Sagitario A* donde está el Sol, su sombra se extendería más allá de la órbita de Mercurio: un solo objeto más ancho que el primer carril del Sistema Solar interior.
Un nombre "emocionante" y un apetito inquieto
El asterisco en Sgr A* no es una nota al margen. Robert Brown lo añadió en 1982: la fuente de radio le pareció "emocionante", y los físicos marcan los estados excitados de los átomos con asteriscos. Puede que sea el único objeto del cielo cuyo nombre proviene de un estado de ánimo.
El nombre sigue siendo apropiado. En 2013, los astrónomos que observaban con el telescopio de rayos X Chandra captaron a Sgr A* lanzando una llamarada 400 veces más brillante que su habitual murmullo tranquilo. Resulta que incluso un agujero negro mayormente inactivo recuerda de vez en cuando al vecindario quién es el dueño del centro de la galaxia.