Un horizonte de sucesos no tiene materia que tocar, ni color, ni espesor, y sin embargo es el límite más absoluto del universo. Cruzarlo significa que ni siquiera un haz de luz dirigido justo en la dirección por la que viniste puede escapar. Nada marca el lugar salvo las matemáticas que lo describen.
Esa combinación —un borde que es a la vez omnipresente y ninguna parte, y a la vez completamente definitivo— es lo que separa a un agujero negro de cualquier otro objeto de la astronomía. Los planetas y las estrellas tienen superficies sobre las que, en principio, podrías pararte. Un horizonte de sucesos es un límite en el propio espacio-tiempo, y las reglas a ambos lados de él no son las mismas.
La historia de cómo los físicos llegaron a entender ese límite va desde una carta del siglo 18 hasta una fotografía de 2019, y sigue revelando ideas más extrañas que el propio agujero negro.
Un límite predicho antes de que existiera una palabra para él
El primer esbozo de la idea llegó en 1784, cuando el clérigo y astrónomo inglés John Michell propuso que la gravedad cerca de un objeto suficientemente masivo y compacto podría ser tan fuerte que ni siquiera la luz pudiera escapar de él. Todavía no existía la relatividad general, ni un nombre para el límite que Michell había descrito: solo la aritmética de una velocidad de escape que superaba a la propia luz.
El nombre llegó generaciones después, a mediados de siglo, casi como algo secundario. El físico Wolfgang Rindler acuñó el término «horizonte de sucesos» en la década de 1950, tomando prestada la palabra «horizonte» para algo que oculta sucesos en lugar de tierra. Una definición más rigurosa llegó en 1958, cuando David Finkelstein usó la relatividad general para describir el horizonte como un límite más allá del cual nada de lo que ocurre puede afectar jamás a un observador situado fuera. Esa formulación sigue siendo la que usan los físicos: el horizonte de sucesos no se define por lo que hay dentro de él, sino por lo que nunca puede salir.
Un radio que puedes calcular en una servilleta
Por abstracta que suene la definición, el tamaño de un horizonte de sucesos es una de las cifras más sencillas de calcular en física una vez que se conoce la masa de un objeto. Se trata del radio de Schwarzschild, llamado así por el astrónomo alemán Karl Schwarzschild, quien halló la solución en 1916, apenas meses después de que Einstein publicara la propia relatividad general.
Basta introducir cualquier masa para obtener el radio, lo que permite comparaciones muy gráficas. Si se comprimiera el Sol hasta su radio de Schwarzschild, tendría que caber dentro de una esfera de unos 3,0 km (1,9 mi) de diámetro. Si se hace lo mismo con la Tierra, la esfera se reduce a unos 9 mm (0,35 in), más pequeña que una canica. La versión de la Luna sería de unos 0,1 mm (0,004 in), un límite que podría perderse en la yema de un dedo. Ninguno de estos cuerpos es ni remotamente lo bastante denso como para formar realmente un horizonte; la cifra solo describe cuán lejos están de él.
En el otro extremo de la escala, el radio de Schwarzschild del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea resulta ser de aproximadamente 12 millones de kilómetros, un límite que engulliría cómodamente la órbita de Mercurio.
Más agua que cualquier océano, justo antes de colapsar
La fórmula del radio de Schwarzschild encierra una implicación genuinamente extraña: como escala con la masa mientras que el tamaño físico de un objeto escala con la raíz cúbica de su volumen, un material de baja densidad puede cruzar su propio límite de horizonte si simplemente hay suficiente cantidad de él. Si se calcula cuánta agua ordinaria podría reunirse antes de que toda la masa colapsara bajo su propia gravedad, la respuesta es una esfera con un radio de unos 400920754 km, aproximadamente 2,67 UA, más ancha que la distancia entre el Sol y el cinturón de asteroides.
Esa es la misma razón por la que los agujeros negros más grandes son, en promedio, menos extremos que los pequeños. El volumen encerrado por el horizonte de sucesos de los agujeros negros más masivos tiene una densidad media inferior a la de las estrellas ordinarias de secuencia principal. Un horizonte marca dónde escapar se vuelve imposible, no dónde la materia está comprimida al límite, y para un objeto lo bastante grande, «imposible escapar» y «tan tenue como una estrella» pueden describir el mismo lugar.
Nunca verías a nadie caer realmente dentro
Aquí está la parte que confunde incluso a los lectores más atentos: un horizonte de sucesos se cruza en un solo sentido, pero desde fuera nadie llega jamás a presenciar cómo ocurre ese cruce. Los objetos enviados hacia un horizonte de sucesos nunca parecen llegar realmente a él desde el punto de vista de un observador distante, porque la luz que lleva esa imagen final nunca logra alcanzar al observador. El objeto que cae parece ralentizarse, atenuarse y desvanecerse hacia el horizonte para siempre, sin llegar nunca a hacerlo de forma visible.
Si la propia caída sería o no sobrevivible depende por completo de la escala. Un astronauta humano solo sobreviviría al cruzar un horizonte de sucesos en un agujero negro con una masa de aproximadamente 10.000 masas solares o más; con cualquier masa menor, las fuerzas de marea cerca del límite causan el daño primero, mucho antes de alcanzar el propio horizonte.
El punto de no retorno, estirado hasta su límite
Ese daño tiene un nombre: espaguetización. Cerca de un agujero negro, la diferencia en la atracción gravitatoria entre el lado cercano y el lado lejano de un objeto se vuelve tan extrema que nada puede resistirse a ser estirado en la dirección de la caída. Un agujero negro pequeño hace esto bien fuera de su horizonte, que es exactamente la razón por la que uno de baja masa es letal mucho antes de que un astronauta se acerque siquiera al propio límite.
Sin embargo, al aumentar el tamaño del agujero negro, la geografía cambia. En un agujero negro supermasivo, el punto en el que comenzaría la espaguetización se encuentra dentro del propio horizonte de sucesos, de modo que un astronauta podría cruzar el límite sin notar ningún estiramiento en absoluto, aunque caer después hacia el centro sigue siendo inevitable. Dicho de otro modo, es posible pasar el punto de no retorno y sentirse completamente bien durante un tiempo.
Fotografiar una silueta que nadie puede ver
Un horizonte de sucesos no emite luz propia, así que ningún telescopio puede captarlo directamente: lo que los astrónomos pueden captar es su silueta contra el gas incandescente y sobrecalentado que se arremolina justo fuera de él. Esa silueta es lo que el Event Horizon Telescope, una red mundial de radiotelescopios que funciona como un solo instrumento, se propuso capturar. La primera imagen jamás obtenida de un agujero negro, en el centro de la galaxia Messier 87, fue publicada por la Colaboración Event Horizon Telescope el 10 de abril de 2019, repartida a la vez en seis publicaciones científicas.
Las cifras detrás de esa imagen son asombrosas por sí solas. El telescopio midió la masa de ese agujero negro en 6,5±0,7 mil millones de masas solares y el diámetro de su horizonte de sucesos en aproximadamente 40 mil millones de kilómetros (270 UA), unas 2,5 veces más pequeño que la sombra brillante que la imagen realmente muestra: la sombra aparece agrandada por la forma en que la luz se curva alrededor del horizonte antes de llegar a la Tierra. El 12 de mayo de 2022, la misma colaboración presentó un segundo retrato: el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia Vía Láctea, Sagitario A*.
Ambas imágenes dependieron de una resolución sin precedentes. Desde 2018, el Event Horizon Telescope ha captado imágenes con una longitud de onda de 870 micrómetros (345 GHz), alcanzando una resolución angular de 19 microarcosegundos, la más nítida de cualquier telescopio terrestre, y aproximadamente lo que haría falta para leer el titular de un periódico en la superficie de la Luna desde la Tierra.
Un tenue resplandor en el mismísimo borde
Incluso el límite más absoluto de la física resulta tener un resquicio, al menos en teoría. La radiación de Hawking se libera justo fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro, según un modelo de efectos cuánticos desarrollado por Stephen Hawking en 1974. El horizonte en sí sigue sin dejar salir nada: la radiación es un proceso cuántico independiente que ocurre justo en su umbral, no luz que escapa desde detrás del límite.
Es un recordatorio de que el horizonte de sucesos, con toda su carácter definitivo, no es la última palabra sobre lo que hace un agujero negro. Es simplemente la línea más allá de la cual el universo deja de mantenerte informado.