Estrellas con masas superiores al límite de
Chandrasekhar tiene, por el contrario, un gran problema cuando se les acaba el
combustible. En algunos casos consigue explotar, o se las arreglan para
desprenderse de la suficiente materia como para reducir su peso por debajo del
límite y evitar así un catastrófico colapso gravitatorio; pero es difícil
pensar que esto ocurra siempre, independientemente de lo grande que sea la
estrella. Eddington pensó que era simplemente imposible que una estrella
pudiera colapsarse y convertirse en un punto. Einstein escribió un artículo en
el que sostenía que las estrellas no podrían encogerse hasta tener un tamaño
nulo.
Chandrasekhar había demostrado que el principio
de exclusión no podría detener el colapso de una estrella más masiva que el
límite de Chandrasekhar. Robert Oppenheimer, en 1939, sugería que no habría
consecuencias observables (sobre qué le sucedería a tal estrella) que pudieran
ser detectadas por un telescopio de su época. Después de la segunda guerra
mundial, el problema del colapso gravitatorio fue ampliamente olvidado, ya que
la mayoría de los científicos se vieron atrapados en el estudio de lo que
sucede a escala atómica y nuclear. En los años sesenta, no obstante, el interés
por los problemas de gran escala de la astronomía y la cosmología fue
resucitado a causa del aumento en el número y categoría de las observaciones
astronómicas, ocasionado por la aplicación de la tecnología moderna.
Cuando la estrella se ha reducido hasta un
cierto radio crítico, el campo gravitatorio en la superficie llega a ser tan
intenso, que los conos de luz se inclinan tanto hacia dentro que la luz ya no
puede escapar. De acuerdo con la teoría de la relatividad, nada puede escapar, tampoco lo puede hacer ningún
otro objeto; todo es arrastrado por el campo gravitatorio. Por lo tanto, se
tiene un conjunto de sucesos, una región del espacio-tiempo, desde donde no se
puede escapar y alcanzar a un observador lejano. Esta región es lo que hoy en
día llamamos un agujero negro. Su frontera se denomina el horizonte de sucesos
y coincide con los caminos de los rayos luminosos que están justo a punto de escapar
del agujero negro, pero no lo consigue.
Para entender lo que se vería si uno observara
cómo se colapsa una estrella para formar un agujero negro, hay que recordar que
en la teoría de la relatividad no existe un tiempo absoluto. Cada observador
tiene su propia medida del tiempo. El tiempo para alguien que esté en una
estrella será diferente al de otra persona lejana, debido al campo gravitatorio
de es estrella.
Se cree que existen objetos mayores en el
universo que también pueden sufrir un colapso gravitatorio, y producir agujeros
negros.
El trabajo que Roger Penrose y yo hicimos entre
1965 y 1970 demostró que, de acuerdo con la relatividad general, debe haber una
singularidad de densidad y curvatura del espacio-tiempo infinitas dentro de un
agujero negro. La situación es parecida al big bang al principio del tiempo, sólo
que sería el final, en vez del principio del tiempo, para el cuerpo que se
colapsa. En esta singularidad, tanto las leyes de la ciencia como nuestra
capacidad de predecir el futuro fallarían totalmente. No obstante, cualquier
observador que permanecería fuera del agujero negro no estaría afectado por
este fallo de capacidad de predicción, porque ni la luz ni cualquier otra señal
podrían alcanzarle desde la singularidad. Este hecho notable llevó a Roger
Penrose a proponer la hipótesis de la censura cósmica. En otras palabras, las
singularidades producidas por un colapso gravitatorio sólo ocurren en sitios
como los agujeros negros, en donde están decentemente ocultas por medio de un
horizonte de sucesos, para no ser vistas desde fuera. Estrictamente, esto es lo
que se conoce como la hipótesis débil de la censura cósmica: protege a los
observadores que se quedan fuera del agujero negro de las consecuencias de la
crisis de predicción que ocurre en la singularidad.
La singularidad siempre estaría en su futuro y
nunca en su pasado. La versión fuerte de la hipótesis de la censura cósmica nos
dice que las singularidades siempre estarán, o bien enteramente en el futuro,
como la singularidades de colapsos gravitatorios, o bien enteramente en el
pasado, como el big bang.
Nada puede escapar del agujero negro a través
del horizonte de sucesos. El horizonte de sucesos es el camino en el espacio-tiempo
de la luz que está tratando de escapar del agujero negro, y nada puede
viajar más rápido que la luz.
La relatividad general predice que los objetos
pesados en movimiento producirán la emisión de ondas gravitatorias, rizos en la
curvatura del espacio que viajan a la velocidad de la luz. Dichas ondas son
similares a las ondas luminosas, que son rizos del campo electromagnético, pero
mucho más difíciles de detectar. Al igual que la luz, se llevan consigo energía
de los objetos que las emiten. Un sistema de objetos masivos se estabilizará finalmente
en un estado estacionario, ya que la energía de cualquier movimiento se
perdería en la emisión de ondas gravitatorias. ¡Esto significa que la Tierra
tardará unos mil billones de billones de años en chocar con el Sol!
Durante el colapso gravitatorio de una estrella
para formar un agujero negro, los movimientos serían mucho más rápidos, por lo que
el ritmo de emisión de energía sería mucho mayor. Así pues, no se tardaría
demasiado en llegar a un estado estacionario. Y si los agujeros negros fueran
tan complicados como los objetos que se colapsan para formarlos, podría ser muy
difícil realizar cualquier predicción sobre agujeros negros en general.
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