—EN ESA DIRECCIÓN SE DEBERÍA OBSERVAR EL CISNE —dijo Asterio mientras apuntaba hacia la negrura con la cámara de su móvil—. Dicen que hay un agujero negro, ¿no?

—¿Por qué lo dices como si hubiese atisbo de duda? —replicó Nocturnio, tras un breve silencio—. Es bien sabido que Cygnus X-1 es un agujero negro con todas las de la ley. ¿O sigues insistiendo en que no existen?

—El último artículo que enviamos sobre este tema a una revista fue rechazado con un informe de una línea. Tras varios meses de trabajo. Yo ya no creo en nada.

—¿Ahora eres nihilista? Debe de ser agotador.

“Agotadores  son  tus  chascarrillos”, pensó Asterio. “Agujeros negros… Me cuesta aceptar la existencia de objetos así en el universo. ¿Singularidades que indican la ruptura del propio espacio-tiempo? ¿Horizontes tras los cuales ni siquiera la luz puede escapar? De modo que si quisiéramos conocer qué secretos esconden deberíamos sacrificar nuestra existencia misma. El parecido con la muerte es escalofriante…”.

—Ahora en serio —dijo Asterio, intentando apaciguar sus angustias—. ¿Cómo estás tan convencido de que las estrellas dejan un agujero negro tras ellas al morir?

—¿Otra vez con la misma cantinela? Me apoyo en los resultados de la teoría de la relatividad general de Einstein, ni más ni menos. Su publicación en 1915 dio lugar  al  marco  conceptual  que  nos informa de que la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo. Como demostró Karl Schwarzschild poco después, en 1916, las ecuaciones de Einstein albergan unas soluciones tan elegantes como misteriosas cuando se las estudia en vacío, esto es, en ausencia de cualquier sustancia material. Estas soluciones son las que pasarían a conocerse como agujeros negros.

En un principio —continuó—, la solución representa el espacio-tiempo exterior  a  una  estrella  de  cierta  masa. Cuando esta estrella se comprime por debajo de lo que se conoce como su radio  gravitacional,  la  solución  de Schwarzschild se hacía patológica precisamente en esta superficie. Tuvieron que pasar casi cincuenta años hasta que, en 1960,  Martin  Kruskal  y  George Szekeres demostraron que tal patología era una artimaña de los sistemas de coordenadas utilizados para describir el espacio-tiempo, y que en realidad el radio gravitacional era una región bien descrita.

Por otro lado —prosiguió—, Robert Oppenheimer y James Harmon Snyder encontraron soluciones que describen el colapso gravitatorio de una nube de polvo autogravitante. Por polvo, te recuerdo que entendemos una distribución esférica de partículas libres cuyas presiones son despreciables entre sí, de modo que ninguna fuerza se opone a la contracción gravitatoria. Estas soluciones, que se piensa describen de forma aproximada el colapso de una estrella supermasiva cuando sus presiones internas son incapaces de hacer frente a la gravedad,  tendían  a  la  solución  de Schwarzschild tras cierto tiempo.

—Algo que me perturba acerca de los agujeros negros —intervino Asterio—, o sea de la solución de Schwarzschild, es que toda la materia que formaba la estrella precursora se ha precipitado más allá del horizonte hacia una singularidad. Según la relatividad general, la singularidad central de un agujero negro es una región de curvaturas infinitas, donde la propia naturaleza clásica del espacio-tiempo se desmorona. Sin embargo, las estrellas que orbitan en las cercanías del “presunto”  agujero  negro  central  de nuestra galaxia sienten su enorme atracción gravitatoria. Si un agujero negro es esencialmente vacío, no se corresponde tanto con un objeto estelar, sino con una configuración del espacio-tiempo en sí misma. Si a esto le añadimos que el horizonte de sucesos delimita precisamente la región a partir de la cual ni siquiera la luz puede escapar, lo que hace que sean estrictamente imposibles de observar, ¿cómo puedes estar tan convencido de su existencia?

—Concuerdo en que son nociones contraintuitivas, pero eso es parte de lo que hace la física: desafiar a la intuición y mostrar un mundo más extraño que lo que dictan nuestros sentidos. De hecho, el mismo Einstein murió creyendo que estas soluciones no eran realistas. En realidad, fueron las observaciones de cuásares de los años 60 las que empezaron a cambiar la situación. Sabes de lo que hablo, ¿no?

—Conozco perfectamente las observaciones de cuásares de los años 60. ¿Me las recuerdas? “Me ha pillado”, pensó Asterio.

—Los investigadores de ahora estáis tan absortos en vuestros trabajos que los árboles no os dejan ver el bosque. Los cuásares son objetos que, en la esfera celeste, brillan con una magnitud aparente equiparable a la de estrellas de nuestra galaxia. Sin embargo, mediante análisis espectrales fue posible demostrar que se encuentran a miles de millones de años luz. Tal emisión energética solo es alcanzable en el disco de acreción de un agujero negro.

—En eso estoy de acuerdo —asintió Asterio, quien recordaba nebulosamente alguna clase de astrofísica extragaláctica—. Se trata del mecanismo astrofísico más eficiente que se conoce para transformar materia en radiación. Pero eso lo que nos garantiza es que la superficie del objeto en sí, o su presunto horizonte, si quieres, no refleja la radiación como un espejo.

—Solo digo cómo históricamente los agujeros negros abandonaron el terreno de la especulación teórica y comenzaron a ganar peso entre la comunidad — replicó Nocturnio. No sé si eres consciente de la gravedad del asunto. El agujero negro es el mejor modelo teórico del que disponemos por la sencilla razón de que no hay alternativa.

Porque, pese a que desconocemos de qué  están  compuestas  realmente,  las estrellas de neutrones poseen unos límites máximos de masa, más allá de los cuales se vuelven inestables. Aún más, la relatividad general impone un límite máximo a cómo de compacta puede ser cualquier  estructura  en  equilibrio hidrostático. Por equilibrio hidrostático me refiero al principio físico que per- mite la misma existencia de estrellas en el universo: el balance entre la contracción gravitatoria y las fuerzas repulsivas de la materia. Cuando las energías gravitatorias de una estrella se vuelven comparables a su energía en reposo, las presiones que la materia necesita ejercer para mantenerse en equilibrio deben ser tan desorbitadas que comienzan ellas mismas a gravitar (es decir, a generar una curvatura espacio-temporal considerable). Cuando una estrella entra en este régimen, cualquier intento de permanecer en equilibrio se ve abocado al fracaso. Su destino es inevitable: colapsar para convertirse en un agujero negro.

—Objection! Eso de que hay un límite máximo a cómo de compacta puede ser cualquier  estructura  en  equilibrio hidrostático es engañoso —dijo Asterio, triunfante—. Te estás apoyando en el teorema de Buchdahl, que, como todo teorema, necesita de una serie de condiciones para poder demostrarse. En concreto, que la densidad de dicha estrella sea máxima en su centro y mínima en su superficie.

—Bueno, parece una hipótesis razonable al hablar de estrellas, donde la propia gravedad es responsable de que las capas internas sean más densas que las externas. ¿O acaso vas a contradecir este punto también?

—Solo quería recalcar que se trata de una hipótesis teórica adicional. Que se aplique a todas las estrellas que conocemos no imposibilita que haya excepciones a la norma, especialmente dado nuestro desconocimiento sobre el estado que la materia podría adoptar en situaciones extremas, tales como en un presunto agujero negro.

Pero nos estamos desviando del asunto—corrigió—. La física es una ciencia experimental, y yo no llamaría a esos argumentos verificaciones experimentales. No sé si eres consciente, pero lo que has dicho tiene una fortísima carga teórica. Has mencionado soluciones de las ecuaciones de Einstein vacías, pero que sin embargo dan lugar a una masa observable, horizontes de sucesos que son membranas de no retorno, teoremas que ponen un límite superior a la compacidad de ciertas estrellas… pero sigues sin mostrarme una prueba irrefutable de que en la constelación del Cisne hay efectivamente un agujero negro.

—El que sean agujeros negros lo que vemos reproduce muy bien las observaciones. Por ejemplo, la famosa imagen del  Telescopio  del  Horizonte  de Sucesos…

—¿Esa foto? Si solo se ven cuatro píxeles mal puestos. La existencia de estrellas ultracompactas podría explicar esas imágenes igual de bien. “Ha llegado el momento de presentarle mi teoría — pensó—, ¿me estoy emocionando?”. Por ultracompacta, me refiero a una estrella comprimida justo hasta el límite de formar un agujero negro. La diferencia principal es que, mientras que el agujero negro se caracteriza por un horizonte de eventos a partir del cual la luz no puede escapar, la estrella ultracompacta tiene superficie. Sin embargo, la gravedad en su superficie sería tan intensa que a la luz le costaría muchísimo tiempo y energía escapar, ya que su longitud de onda se vería elongada al escalar el intenso campo gravitatorio de la estrella. En consecuencia,  la  veríamos  totalmente negra.

—Pero esos objetos no pueden existir. “Vaya, mi gozo en un pozo gravitatorio”, pensó Asterio.

—Aunque hubiese materia capaz de mantener el equilibrio hidrostático en esas situaciones - prosiguió Nocturnio—, sabemos que una vez una estrella comienza a implosionar, nada puede parar el colapso.

“Es la primera pregunta que me suelen arrojar”, pensó Asterio. —En eso podemos estar de acuerdo. El argumento más fácil de entender es que si se produjera un colapso de una gran cantidad de materia, en el momento de cruzar el horizonte la densidad del material podría ser muy pequeña. A esas densidades es muy difícil creer que pueda haber ningún proceso que pare el colapso.

—Entonces ya está, me das la razón.

—No,  solo  en  esto.  El  problema comienza una vez que se ha producido el colapso y se ha formado el horizonte externo.

—Pero si a partir de ese momento es cuando las cosas están más claras. — Comenzó a dibujar un intrincado diagrama en la tierra—. Te recuerdo que Roger Penrose, premio Nobel de física en  2020,  demostró  que  cuando  una estrella forma un horizonte no hay otra posibilidad que seguir colapsando hasta formar una singularidad. Además, él mismo formuló la conjetura de censura cósmica débil que dice que toda singularidad  en  relatividad  general  aparece escondida dentro de un horizonte. Todo apunta a que dicha conjetura es correcta, aunque no se ha llegado a una demostración. ¿Qué me estoy perdiendo entonces?

—Hay al menos tres elementos que se escapan del rango de aplicabilidad del teorema de Penrose. Trataré de explicarlos de manera física y sin recurrir a diagramas tan complicados como el que acabas de dibujar. En primer lugar, como ya sabes, la materia se comporta de distinta manera dependiendo de su densidad. Hay argumentos que apuntan a que la materia podría sufrir una transición de fase y volverse fuertemente repulsiva cuando alcanza densidades de Planck. Esta situación no se contempla dentro del teorema de Penrose, que asume que la materia se comporta como algo atractivo a todas las escalas.

»Por otro lado, la relatividad general ignora que el vacío (el estado de mínima energía de los campos cuánticos) está constituido por un mar fluctuante de partículas  virtuales.  Cuando  este  vacío físico siente la presencia de gravedad, lo normal  es  que  reaccione  generando energías de polarización.

—Por supuesto que conozco el fenómeno de la polarización del vacío, pero se trata de un efecto muy débil.

“Le he pillado”, pensó Asterio con un leve regocijo. —En muchas situaciones es así, pero no cuando nos acercamos a situaciones tan extremas como las que se dan en un agujero negro. Del mismo modo que un electrón polariza el campo electromagnético generando una nube de carga positiva a su alrededor, la presencia de una masa (y la gravedad que ejerce) polariza el resto de campos materiales que permean nuestro universo. Si midiéramos  la  carga  del  electrón teniendo en cuenta su polarización del vacío,  veríamos  que  es  ligeramente menos negativa que el electrón desnudo. Ahora, si tenemos una estrella muy compacta que genera un campo gravitatorio intenso, este vacío reactivo tiende a contribuir vistiendo dicha estrella con una masa negativa. Las fuerzas de polarización del vacío siempre reaccionan oponiéndose a la fuente que las ha originado. Si se estimula lo suficiente, el vacío reactivo puede generar grandes núcleos de masa negativa.

—Me cuesta imaginar que de la nada puedan emerger fuerzas capaces de contradecir los resultados de Penrose.

—Pues esto no es todo —añadió Asterio—, porque además del horizonte externo que has dibujado ahí, los agujeros negros realistas, es decir, aquellos que presentan rotación, también tienen un horizonte interno. Dicha superficie delimita la región a partir de la cual la materia no cae de forma inevitable. Como Stephen Hawking demostró, la existencia de un horizonte, en presencia de ese vacío reactivo del que hablaba antes, incita la creación de partículas.

—Esa  es  la  famosa  radiación  de Hawking —intervino Nocturnio—. Si un par de partículas se crea muy cerca del horizonte, puede ocurrir que una de ellas lo cruce antes de que pueda aniquilarse con su compañera. Este efecto, visto desde muy lejos, se percibiría como una evaporación del horizonte, que tendería a encoger. Pero se conoce que este efecto es extremadamente tenue y, a efectos prácticos, no cambia nuestra comprensión de los agujeros negros que observamos.

—Exacto, ese es actualmente el consenso al respecto. Pues bien, un horizonte interno también genera partículas, pero ahora su tendencia es a moverse hacia afuera, y no lentamente sino a un ritmo exponencial. El horizonte interno podría encontrarse y aniquilarse con el externo cuando todavía no se ha emitido casi energía al exterior. Para agujeros negros de unas pocas masas solares, esta escala sería muy rápida, de milisegundos. Así, los horizontes dejarían de existir, aunque desconocemos los detalles de cómo ocurriría.

—¿Me estás diciendo que la materia puede salir de un agujero negro? — replicó Nocturnio, incrédulo.

—Estoy diciendo que, aunque no conozcamos en detalle la verdadera dinámica modificada de un colapso, parece que hay espacio para que encuentre otras formas de equilibrio.

—Ahora estoy perdido. ¿De qué me estás hablando?

—Deberías echar un vistazo al borrador que te envié hace casi un mes. “Y del que no he recibido respuesta” —dijo Asterio  hacia  sus  adentros—. Analizando las ecuaciones de equilibrio estelar en presencia de un vacío reactivo he encontrado soluciones que no aparecen en la relatividad general. A estas soluciones  las  llamamos  estrellas negras, y son bolas de materia ultracompactas y oscuras que son capaces de resistir su tendencia hacia el colapso debido a los efectos repulsivos de la polarización del vacío. El vacío reactivo se resiste a que haya horizontes estáticos y reacciona generando configuraciones ultracompactas sin horizontes.

—¿Y te parecen más sencillas estas soluciones tan extrañas que los agujeros negros, los objetos más perfectos del universo? Sabes que un agujero negro tiene que ser estrictamente esférico, si no rota, o con una forma elipsoidal concreta, si rota.

—¿Y no te parece algo más propio de una idealización que de una realidad? Se ha demostrado que estos objetos ultracompactos también tienen que ser extremadamente esféricos, pero no el sentido estricto matemático. Del mismo modo que la gravedad esferifica los planetas, las  estrellas  ultracompactas  llevarían esta característica al extremo, serían esferas casi perfectas.

—Ahora que lo dices, no sería la primera vez que encontramos que la naturaleza cuántica de la materia, en este caso la del propio vacío reactivo, da lugar a nuevas fuerzas de equilibrio — claudicó Nocturnio. Ahí tienes a las estrellas de neutrones. Me gustaría vivir para saber si los objetos ahí fuera son realmente agujeros negros o algo como lo que defiendes.

“Aunque es testarudo, Nocturnio siempre confronta mis ideas de una manera constructiva”,  pensó  Asterio.  —Pues quizá  haya  suerte,  ahora  mismo  las capacidades  observacionales  están aumentando por momentos. La esperanza está puesta en los nuevos observatorios de ondas gravitatorias: LIGO, Virgo, LISA, Einstein Telescope... Un aspecto que se está mirando ya en las señales es si tienen o no ecos de ondas gravitatorias,  cuya  presencia  podría estar asociada a la existencia de una superficie.

—Me adhiero a lo que una vez me dijo Clifford Will —apuntilló Nocturnio—, el mayor especialista mundial en tests de la relatividad general: “No espero ver ninguna modificación de la relatividad general hasta que quizá exploremos el mundo de la gravedad cuántica”.

—Me inclino más por lo que decía Max Planck: “La ciencia avanza funeral a funeral”.

“Espero que, por lo menos, se lea el paper…”, pensó Asterio, afligido.

Enfrascados en su encendido diálogo, los investigadores no se percataron de cómo un astro dejaba de brillar en la bóveda celeste.