LOS HOYOS NEGROS Y LA CURVATURA DEL ESPACIO-TIEMPO

Los hoyos negros no emiten luz, ni ninguna otra señal; sólo se manifiestan por medio de su atracción gravitacional. Veremos en el presente capítulo cómo la materia atrapada por un hoyo negro puede llegar a liberar enormes cantidades de energía antes de ser absorbida definitivamente. Este proceso no sólo delata la presencia de un hoyo negro, sino que puede ser la clave para explicar un gran númerode fenómenos misteriosos del Universo.

Uno de los principios fundamentales de la física es la conservación de la energía. La energía no puede crearse o desaparecer, pero sí puede cambiar de forma y... existen muchas formas de energía en la naturaleza.

El agua que cae de lo alto de una presa hidroeléctrica hace mover unas turbinas generando así corriente eléctrica. En términos físicos, laenergía gravitacional del agua se transforma en energía eléctrica. Evidentemente, mientras más alta sea la presa, mayor será la energía gravitacional que se transforma en eléctrica.

Otra forma de energía es el calor, que es la manifestación macroscópica del movimiento de los átomos. La manera más simple de producir calor es por fricción: frotando un cuerpo contra otro. Si, por ejemplo, unapiedra cae resbalándose sobre una superficie rugosa, transforma su energía gravitacional en calor por medio de la fricción.

Consideremos ahora una estrella rodeada de una nube de gas. En condiciones normales, el gas cae sobre la estrella y se calienta por la fricción entre sus partes (o, a nivel microscópico, por los choques entre sus moléculas). En este ejemplo, también, la energía gravitacionaldel gas se convierte en calor.

El proceso por el que un cuerpo cósmico, como una estrella, atrae gravitacionalmente y absorbe el gas de sus alrededores ha sido llamado acreción 1 por los astrofísicos. Es un fenómeno bastante frecuente y de efectos muy interesantes.


El caso más extremo en cuanto a generación de energía, es el de la acreción en un hoyo negro. Si un cuerpo cae libremente aun hoyo negro, puede alcanzar velocidades cercanas a la luminosa en el momento anterior a su caída en el hoyo. Si, por el contrario, la caída del cuerpo es frenada por algún tipo de fricción, la energía gravitacional del cuerpo se transforma en calor. En el caso de un gas que es atraído por un hoyo negro la cantidad de energía generada en forma de calor llega a ser una fracción importante de laenergía en forma de masa que posee el gas (según la fórmula E =mc²). Los astrofísicos han calculado que la acreción en un hoyo negro puede ser un mecanismo para generar energía aún más eficiente que la fusión nuclear, en la que "sólo" un 4% de la masa del hidrógeno se libera en forma de energía.

Por supuesto, un hoyo negro debe de estar rodeado de una gran cantidad de gas para que se produzcauna acreción. Veamos a continuación de dónde puede provenir ese gas.

SIENDO un hoyo negro la última etapa del colapso de una estrella, debería ser un objeto sumamente complicado.

En efecto, las estrellas no son esferas perfectas: rotan, lo cual produce un achatamiento de los polos, además, poseen una estructura interna bastante complicada. A medida que una estrella se colapsa, pasa por lasfases de enana blanca y estrella de neutrones, cuerpos con intensos campos magnéticos e irregularidades en sus superficies —montañas y grietas—. Así, sería de esperar que un hoyo negro posea una estructura muy compleja, heredada de las irregularidades de la estrella original, y sea, por lo tanto, un objeto muy complicado, descrito por un gran número de parámetros.

Para los fines prácticos demuchos cálculos, se puede suponer, en una primera aproximación, que un planeta es una esfera con cierta masa y cierto radio. Sin embargo, un estudio más detallado requiere del conocimiento de un gran número de propiedades, como la velocidad de rotación, el campo magnético, la estructura geológica, etc. Análogamente, la solución de Kerr-Newman con tres parámetros —masa, momento angular y carga—...