La NASA simula un viaje al interior de un agujero negro
¿Alguna vez te has preguntado qué sucede cuando caes en un agujero negro? Ahora, gracias a una nueva y envolvente visualización producida en una supercomputadora de la NASA, los espectadores pueden sumergirse en el horizonte de eventos, el punto de no retorno de un agujero negro.
Crédito: NASA.
«La gente a menudo pregunta sobre esto, y simular estos procesos difíciles de imaginar me ayuda a conectar las matemáticas de la relatividad con las consecuencias reales en el universo», dijo Jeremy Schnittman, un astrofísico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que creó las visualizaciones. «Así que simulé dos escenarios diferentes, uno donde una cámara —un sustituto de un astronauta audaz— apenas se pierde el horizonte de eventos y sale despedida, y otro donde cruza el límite, sellando su destino».
Para crear las visualizaciones, Schnittman se asoció con el científico Brian Powell y utilizó la supercomputadora Discover en el Centro de Simulación del Clima de la NASA. El proyecto generó alrededor de 10 terabytes de datos —equivalente a aproximadamente la mitad del contenido textual estimado en la Biblioteca del Congreso de EE.UU.— y tomó alrededor de 5 días funcionando en solo el 0.3 % de los 129.000 procesadores de Discover. El mismo logro tomaría más de una década en una computadora portátil típica.
El protagonista es un agujero negro supermasivo con 4.3 millones de veces la masa de nuestro Sol, equivalente al monstruo ubicado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
«Los agujeros negros de masa estelar, que contienen hasta aproximadamente 30 masas solares, tienen horizontes de eventos mucho más pequeños y fuerzas de marea más fuertes, que pueden desgarrar objetos que se acercan antes de llegar al horizonte», explicó Schnittman.
Esto ocurre porque la atracción gravitacional en el extremo de un objeto más cercano al agujero negro es mucho más fuerte que en el otro extremo. Los objetos en caída se estiran como fideos, un proceso que los astrofísicos llaman espaguetificación.
El horizonte de eventos del agujero negro simulado abarca aproximadamente 125 millones de kilómetros, o alrededor del 17 % de la distancia de la Tierra al Sol. Una nube plana y giratoria de gas caliente y brillante llamada disco de acreción lo rodea y sirve como referencia visual durante la caída. Lo hacen también las estructuras brillantes llamadas anillos de fotones, que se forman más cerca del agujero negro a partir de la luz que ha orbitado una o más veces. Un telón de fondo del cielo estrellado visto desde la Tierra completa la escena.
A medida que la cámara se acerca al agujero negro, alcanzando velocidades cada vez más cercanas a la de la propia luz, el brillo del disco de acreción y las estrellas de fondo se amplifican de la misma manera que el sonido de un automóvil de carreras que se acerca aumenta en tono. Su luz aparece más brillante y blanca cuando se mira en la dirección del viaje.
Destrucción por espaguetificación
Las películas comienzan con la cámara ubicada casi a 640 millones de kilómetros de distancia, con el agujero negro llenando rápidamente la vista. En el camino, el disco del agujero negro, los anillos de fotones y el cielo nocturno se distorsionan cada vez más e incluso forman múltiples imágenes a medida que su luz atraviesa el espacio-tiempo cada vez más deformado.
En tiempo real, la cámara tarda aproximadamente 3 horas en caer hasta el horizonte de eventos, ejecutando casi dos órbitas completas de 30 minutos en el camino. Pero para cualquier observador desde lejos, nunca llegaría realmente allí. A medida que el espacio-tiempo se distorsiona cada vez más cerca del horizonte, la imagen de la cámara se ralentizaría y luego parecería congelarse justo antes. Es por eso que los astrónomos originalmente se referían a los agujeros negros como «estrellas congeladas».
En el horizonte de eventos, incluso el propio espacio-tiempo fluye hacia adentro a la velocidad de la luz —el límite de velocidad cósmico—. Una vez dentro, tanto la cámara como el espacio-tiempo en el que se mueve se precipitan hacia el centro del agujero negro, a un punto unidimensional llamado singularidad donde las leyes de la física según las conocemos dejan de funcionar.
«Una vez que la cámara cruza el horizonte, su destrucción por espaguetificación está a solo 12.8 segundos de distancia», precisó Schnittman. «Desde allí, solo hay 128.000 kilómetros hasta la singularidad. Esta etapa final del viaje termina en un abrir y cerrar de ojos».
Viaje al futuro
En el escenario alternativo, la cámara orbita cerca del horizonte de eventos pero nunca lo cruza y escapa a salvo. Si un astronauta pilotara una nave espacial en este viaje de ida y vuelta de 6 horas mientras sus colegas en una nave nodriza permanecieran lejos del agujero negro, él regresaría 36 minutos más joven que sus colegas. Esto se debe a que el tiempo pasa más lentamente cerca de una fuente gravitacional fuerte y cuando se mueve cerca de la velocidad de la luz.
«Esta situación puede ser aún más extrema», señaló Schnittman. «Si el agujero negro estuviera rotando rápidamente, como el que se muestra en la película de 2014, Interstellar, el astronauta regresaría muchos años más joven que sus compañeros de nave».
