Según un reciente descubrimiento astronómico, los agujeros negros[i] podrían explicar una misteriosa forma de energía que constituye la mayor parte del universo, conocida como «energía oscura», cuya existencia se ha deducido de observaciones de estrellas y galaxias, pero nadie ha sido capaz de explicar qué es ni de dónde procede.[ii]
Recordemos que la materia que constituye el cosmos que nos rodea sólo representa el 5% de todo lo que hay en el universo, otro 27% es «materia oscura», una contrapartida sombría de la materia ordinaria que no emite, refleja ni absorbe luz.[iii] Sin embargo, la mayor parte del cosmos, alrededor del 68%, es energía oscura.
Las nuevas pruebas de que los agujeros negros podrían ser la fuente de la energía oscura se describen en un artículo científico publicado en The Astrophysical Journal Letters,[iv] estudio que es obra de 17 astrónomos de nueve países y fue dirigido por la Universidad de Hawái, en una colaboración que incluyó a investigadores británicos, con sede en el STFC RAL Space, la Open University y el Imperial College de Londres.
Buscando entre datos que abarcan nueve mil millones de años de historia cósmica, los astrónomos han descubierto la primera prueba de un «acoplamiento cosmológico», lo que significaría que el crecimiento de los agujeros negros a lo largo del tiempo está ligado a la expansión del propio universo.
De hecho, la idea de que los agujeros negros podrían contener algo llamado «energía del vacío» (una manifestación de la energía oscura) no es especialmente nueva y ya se discutió teóricamente en la década de 1960. Pero el texto citado supone que esta energía (y, por tanto, la masa de los agujeros negros) aumentaría con el tiempo a medida que el universo se expande como resultado del acoplamiento cosmológico.[v]
Así, el equipo de científicos calculó qué parte de la energía oscura del universo podría atribuirse a este proceso, razón por la cual descubrieron que los agujeros negros podrían explicar la cantidad total de energía oscura que se mide actualmente en el cosmos, algo que podría resolver uno de los problemas más fundamentales de la cosmología moderna.
Como bien saben nuestros lectores, el modelo cosmológico más conocido señalaba que nuestro universo comenzó con un Big–Bang hace unos 13,700 millones de años: la energía de esta explosión de espacio y tiempo hizo que el cosmos se expandiera rápidamente, con todas las galaxias alejándose unas de otras; sin embargo, se esperaba que esta expansión se ralentizara gradualmente debido al efecto de la gravedad sobre todas las cosas del universo.
Tal era la versión del universo en la que creíamos vivir hasta finales de los años 90, cuando el telescopio espacial Hubble descubrió algo extraño: las observaciones de estrellas lejanas en explosión demostraron que, en el pasado, el universo se expandía más lentamente que en la actualidad.
De este modo, la expansión del universo no se ha ralentizado debido a la gravedad, como todo el mundo pensaba, sino que se ha acelerado.[vi] Este hecho fue muy inesperado y los astrónomos se esforzaron por explicarlo, por lo cual se propuso que una «energía oscura» era la responsable de separar las cosas con más fuerza de la que la gravedad las unía; aunque el concepto de energía oscura resultaba muy similar a una construcción matemática que Einstein había propuesto, pero que más tarde descartó: una «constante cosmológica» que se oponía a la gravedad y evitaba que el universo se colapsara.[vii]
Pero, en realidad, ¿qué es la energía oscura? Como hemos mencionado, la solución, al parecer, podría estar en otro misterio cósmico: los agujeros negros, los cuales suelen nacer cuando las estrellas masivas explotan y mueren al final de sus vidas. La gravedad y la presión de estos violentos estallidos comprimen grandes cantidades de materia en un espacio reducido, por ejemplo, una estrella de la misma masa que nuestro Sol quedaría aplastada en un espacio de apenas unas decenas de kilómetros.
Es un dato de cultura general que la atracción gravitatoria de un agujero negro es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar: todo es absorbido; además, en el centro del agujero negro hay un lugar llamado «singularidad», donde la materia es aplastada en un punto de densidad infinita. El problema es que las singularidades son una construcción matemática que no debería existir.[viii]
Por si fuera poco, los agujeros negros que anidan en el centro de las galaxias son mucho más grandes que los que nacen cuando las estrellas mueren violentamente. Estos agujeros negros galácticos «supermasivos» pueden contener entre millones y miles de millones de veces la masa de nuestro Sol.[ix]
De esta forma, todos los agujeros negros aumentan de tamaño acumulando materia, tragándose estrellas que se acercan demasiado o fusionándose con otros agujeros negros. Por tanto, es de esperar que aumenten de tamaño a medida que el universo envejece. Así, en el texto referido, el equipo analizó los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias y descubrió que éstos ganan masa a lo largo de miles de millones de años.
Sin embargo, cuando los científicos compararon observaciones de galaxias elípticas que carecen de formación estelar —se trata de galaxias muertas que han agotado todo su combustible—, concluyeron que cualquier aumento de la masa de sus agujeros negros a lo largo de este tiempo no puede atribuirse a los procesos normales por los que éstos crecen, es decir, acumulando materia. Como alternativa, el equipo propuso que tales agujeros negros contienen, en realidad, energía del vacío y que están «acoplados» a la expansión del universo, de modo que aumentan su masa a medida que éste se expande.
El citado modelo proporciona claramente un posible origen para la energía oscura del universo, además, sortea los problemas matemáticos que afectan a algunos estudios sobre agujeros negros, ya que evita la condición de una singularidad en el centro. Asimismo, se calculó qué parte de la energía oscura del universo podría atribuirse a este proceso de acoplamiento, llegando a la conclusión de que sería posible que los agujeros negros aportaran la cantidad necesaria de energía del vacío para explicar toda la energía oscura que medimos actualmente en el universo.
Lo anterior no sólo explicaría el origen de la energía oscura en el cosmos, sino que también haría replantearnos radicalmente nuestra comprensión de los agujeros negros y su papel en el universo. Aún queda mucho trabajo por hacer para probar y confirmar esta hipótesis, tanto a partir de observaciones astronómicas como de la teoría, pero puede ser que, por fin, estemos viendo una nueva forma de resolver el problema de la energía oscura.
[i] Un agujero negro es una región finita del espacio en cuyo interior posee una concentración de masa lo suficientemente elevada como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula —ni siquiera la luz— puede escapar de él: https://www.nationalgeographic.es/espacio/agujeros-negros
[ii] La energía oscura es un fenómeno enigmático que actúa en oposición a la gravedad y es responsable de acelerar la expansión del universo. Algunos modelos predicen que la energía oscura destruirá todo lo que existe dentro de miles de millones de años: https://www.muyinteresante.es/ciencia/21162.html
[iii] «La materia oscura es una materia que no interacciona con el campo electromagnético. Eso quiere decir que no la podemos ver, ni es absorbida por los materiales, ni tampoco es reflejada. Sabemos que existe porque hay muchas pistas que nos dan la astrofísica y la cosmología. Por ejemplo, es necesaria para explicar la rotación de los objetos en las galaxias. Los objetos celestes rotan mucho más rápido en torno al centro de las galaxias que si solo siguieran las leyes clásicas de la gravitación porque hace falta más materia»: https://elpais.com/ciencia/2021-01-15/que-es-la-materia-oscura.html
[iv] https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb704
[v] https://www.dw.com/es/cient%C3%ADficos-dicen-haber-hallado-la-primera-evidencia-de-que-los-agujeros-negros-son-la-fuente-de-la-energ%C3%ADa-oscura/a-64725409#:~:text=La%20clave%20del%20%22acoplamiento%20cosmol%C3%B3gico,la%20gravedad%20de%20Albert%20Einstein.
[vi] https://www.eleconomista.com.mx/arteseideas/Cosmologos-debaten-las-causas-de-la-expansion-del-universo-20111017-0061.html#:~:text=12%20de%20octubre).-,La%20expansi%C3%B3n%20acelerada%20del%20universo%20es%20causada%20por%20la%20llamada,fuerza%20repulsiva%20que%20provoca%20dicha
[vii] http://i3campus.co/CONTENIDOS/wikipedia/content/a/constante_cosmol%25c3%25b3gica.html
[viii] https://www.xatakaciencia.com/fisica/singularidades
[ix] https://oaq.epn.edu.ec/index.php/noticias-2020/335-charla-agujeros-negros-supermasivos-en-los-nucleos-galacticos
Carlos Hinojosa*
*Escritor y docente zacatecano
