¿Puede existir vida alrededor de un agujero negro?
Colin Stuart - BBC Science Focus | Lunes 05 octubre, 2020
La Tierra está en problemas. Las cosechas se mueren y montañas mortíferas de arena ponen al planeta bajo presión, dejando a la raza humana en la necesidad de buscar un nuevo hogar.
En un intento desesperado de encontrar una nueva casa, un equipo de valientes astronautas liderados por Joseph Cooper se cuelan por un agujero de gusano cerca de Saturno y salen a años luz sobre Miller, un planeta oceánico orbitando sobre un enorme agujero negro conocido como Gargantua.
Así es la trama de la película de 2014 Interstellar. Pero de acuerdo a investigaciones recientes, esta idea no está tan desencaminada como parece.
La habilidad de localizar otros planetas en el espacio ha progresado mucho en el último cuarto de siglo. Ahora sabemos de la existencia de más de 4.000 exoplanetas, mundos que existen más de las estrellas que orbitan alrededor de nuestro sistema solar.
Para aquellos que buscan vida extraterrestre, la sabiduría convencional dice que deberíamos buscar una Tierra 2.0; un planeta como el nuestro, que orbite a una distancia segura de una estrella como el sol. Solo allí encontraremos una cosa que la vida necesita: agua.
Al contrario que las estrellas, los agujeros negros son considerados precursores de muerte y destrucción. Se forman cuando grandes estrellas mueren y su fuerza gravitatoria es tan grande que actúa como una trampa gigante cósmica. Si caes dentro acabarás destrozado sin posibilidad de escape.
Esa situación no parece el escenario ideal para que la vida se desarrolle, pero ¿nos estamos perdiendo algo?
Planetas de agujeros negros
Keiichi Wada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, cree que sí.
Este científico estudia la física de los agujeros negros y se ha juntado con otros colegas que investigan la formación de planetas para descubrir si es posible.
"Son dos campos diferentes y normalmente no existe interacción entre ellos", dice Wada.
Pero ahora quieren combinar su conocimiento y modelar la formación de planetas alrededor de agujeros negros.
Los planetas se forman alrededor de estrellas cuando la gravedad empieza a recolectar granos de polvo y los une formando bolas pequeñas. Entonces, gradualmente, se conectan unas a otras hasta formar objetos cada vez más grandes.
Wada y su equipo quiere analizar si esto puede pasar alrededor de un agujero negro.
Su modelo, publicado en noviembre de 2019, muestra que siempre y cuando exista una distancia suficiente desde el agujero negro, al menos 10 años luz de distancia, el entorno gravitacional es lo suficientemente estable para que los planetas se formen de la misma forma que lo hacen alrededor de otras estrellas como nuestro Sol.
"Este es el primer estudio que abre la posibilidad de una formación directa de objetos parecidos a planetas alrededor de agujeros negros supermasivos. Esperamos más de 10.000 planetas alrededor de un agujero negro así porque la cantidad de polvo allí es enorme", dice Wada.
Se trata de un montón de estado cósmico real inexplorado.
Que planetas puedan potencialmente formarse alrededor de agujeros negros no es garantía de que ofrezcan un ambiente propicio para la vida.
En la Tierra, los seres vivos dependen estrechamente de la luz y el calor del Sol para sobrevivir. Sin el cobijo de una estrella, la vida alrededor de un agujero negro necesitaría de una fuente de energía alternativa.
Por suerte, es probable de que eso no sea tan difícil de superar. De acuerdo a una investigación publicada en octubre de 2019 por Jeremy Schnitmann, de la NASA, hay una característica de los agujeros negros, llamada disco de acreción, que podría hacer la función del Sol.
El disco de acreción es como una banda plana de material enfilando alrededor del agujero negro esperando ser devorado.
Cuando el material gira en espiral hacia su desintegración, empieza a viajar increíblemente rápido y emite grandes cantidades de energía antes de desaparecer más allá del punto de no retorno.
"Todos los agujeros negros que conocemos tienen discos de acreción increíblemente brillantes", dice Schnittman.
De acuerdo a sus cálculos, si se sitúa un planeta a la distancia adecuada de un agujero negro, el disco de acreción parecerá del mismo tamaño y brillo de nuestro Sol en el cielo.
"Luciría muy similar a nuestro sistema solar", dijo el científico.
La duración del día en el cielo en tal planeta sería familiar, pero la noche luciría muy diferente. Los centros de las galaxias donde los supermasivos agujeros negros suelen residir están tan abarrotados de estrellas que, de acuerdo a Schnittman, el cielo nocturno sería 100.000 veces más brillante que el nuestro.
Sin embargo, esas estrellas no están distribuidas de forma cercana a través de los cielos.
La gravedad del agujero negro acelera el planeta a velocidades tan elevadas que la luz de las estrellas parece provenir de un solo punto frente a ti que es más pequeño que el Sol.
"Es como conducir bajo la lluvia", dice Schnittman. Imagínese una nave espacial alcanzando la velocidad máxima en una película de ciencia ficción. "Sin duda se vería espectacular".
Pero existe un problema derivado de que un planeta sea calentado por un disco de acreción.
"Irradian mucho más ultravioleta y radiación X que el Sol", agrega el experto. Ese tipo de radiación podría esterilizar un planeta que de otra forma podría ser habitable.
"Haría falta una atmósfera nublada para poder bloquearla".
Pero eso no es imposible teniendo en cuenta que ya sabemos de exoplanetas que hemos encontrado orbitando otras estrellas."Las atmósferas gruesas y brumosas parecen ser bastante comunes".
Es posible que pueda sobrevivirse a esa radiación de esa forma, teniendo un tipo de día caluroso y húmedo como en la Tierra.
Luz desde un agujero negro
Teniendo en cuenta estos peligros y restricciones, quizás haya una manera más segura de calentar mundos alrededor de un agujero negro: utilizando la energía sobrante del Big Bang.
Los astrónomos la llaman radiación de fondo de microondas (CMB, por sus siglas en inglés) y fue liberada hace alrededor de 380.000 años tras la creación del cosmos.
De acuerdo a Pavel Bakala, de la Universidad de Silesia en República Checa, esta energía podría reemplazar a una estrella gracias a un efecto llamado lente gravitacional. Y es que debido a su enorme masa, los agujeros negros deforman el espacio a su alrededor de tal forma que actúan como un lente.
Así como un cristal puede encender un palillo refractando la luz del sol, la extrema gravedad de un agujero negro puede hacer lo mismo con la energía de una CMB a un planeta orbitando.
Sin embargo, Bakala explica que por sí solo no es suficiente, señalando el hecho de que en la Tierra pasamos por períodos de día y noche gracias a su rotación. "Eso ayuda a que la energía circule por el planeta", dice.
El respiro de la noche es tan importante para un mundo habitable como lo es el resplandor del día.
Pero Bakala también tiene una solución para este problema: la sombra del agujero negro. Cuando la luz atraviesa el espacio extremadamente deformado alrededor de un agujero negro, crea un anillo con un área oscura en su interior, la sombra.
Esto se puede ver en la ahora famosa foto de un agujero negro liberado por los científicos detrás del Event Horizon Telescope en abril de 2019.
Un planeta que pase a través de esta sombra se sumergiría en la noche. "Eso podría hacerla realmente similar a nuestra experiencia en la Tierra", dice Bakala.
Sin embargo, no todos los agujeros negros son viables. "Necesitas un agujero negro que rote muy rápido. Necesita estar girando cerca de la velocidad de la luz", continúa Bakala.
Esto es porque tan lento como rote un agujero negro, más lejos tendrás que viajar para alcanzar una órbita estable.
Aventúrate demasiado y ya no obtendrás el ciclo de día y noche proporcionado por el fondo de microondas cósmico y la sombra del agujero negro.
Tampoco es que esté descartado, sobre todo si nos fijamos en los agujeros negros antiguos. Cuanto más viejo es un agujero negro, más posibilidades tiene de girar mientras traga cosas.
La edad de un agujero negro no es la única cuestión relacionada con el tiempo que se debe considerar al evaluar si es probable que se encuentre vida orbitando a uno. Los agujeros negros influyen en el tiempo. En su Teoría General de la Relatividad, Albert Einstein nos dijo que el espacio y el tiempo están entretejidos en un tejido llamado espacio-tiempo continuo.
Así que un agujero negro no sólo deforma el espacio a su alrededor, sino también el tiempo.
Por cada 1.000 días que pasan en la Tierra -un poco más de tres años- sólo pasa un día en el planeta del agujero negro.
Este efecto, conocido como "dilatación del tiempo", constituye un importante punto de la trama en Interstellar, con el paso de una hora en el planeta de Miller por siete años que transcurrieron en la Tierra.
La vida en la Tierra comenzó relativamente pronto, dentro de los primeros 500 millones de años más o menos.
Para que hayan pasado 500 millones de años en el planeta alrededor del agujero negro, el Universo tendría que tener 500.000 millones de años. Pero se formó hace poco menos de 14.000 millones de años.
Así que si la vida se encuentra en el mundo real del planeta de Miller, esta tendría que surgir considerablemente más rápido que aquí.
La rotación de un agujero negro
Según Lorenzo Lorio, del ministerio de Educación, Investigación y Universidades en Italia, esa vida también habría tenido que lidiar con otra dura consecuencia de la relatividad general tan cercana a un monstruo gravitacional.
Un agujero negro puede causar estragos en la oblicuidad de un planeta, es decir, en cuánto se inclina su eje de rotación vertical.
La oblicuidad de la Tierra es actualmente un poco más de 23° y es esta inclinación la que nos da las estaciones: verano cuando nos inclinamos hacia el Sol e invierno cuando estamos en el otro ángulo.
Esta inclinación varía entre 22,1 ° y 24,5 ° a lo largo de un ciclo que dura 41.000 años a medida que nos arrastra la gravedad de nuestros planetas vecinos. Es un cambio relativamente pequeño durante un largo período de tiempo, por lo que obtenemos estaciones estables con variaciones mínimas de temperatura entre ellas.
Por el contrario, la oblicuidad de un planeta cerca de un agujero negro es mucho menos estable a medida que se mueve a través del espacio deformado alrededor de su anfitrión.
"Puede variar en varias decenas de grados en sólo 400 años", dice Iorio.
Sus cálculos, publicados en febrero de 2020, representan la primera vez que los efectos de la Relatividad General se han tenido en cuenta de esta forma. "Es perjudicial para la posibilidad de que se formen y crezcan formas de vida y civilizaciones estables", dice.
Todo esto no tiene sentido a menos que podamos encontrar planetas orbitando agujeros negros.
En 2034, la Agencia Espacial Europea (ESA) tiene previsto lanzar la misión Antena espacial de interferómetro láser (LISA).
Se trata de un detector increíblemente sensible para captar ondas gravitacionales: las ondas creadas a medida que los objetos se mueven y distorsionan el espacio-tiempo.
"LISA será lo suficientemente sensible como para ver un planeta con un agujero negro del tamaño de la Tierra en la Vía Láctea", dice Schnittman. "Para un planeta del tamaño de Júpiter, estás mirando mil veces más lejos que eso", dice.
Eso trae otras 50 galaxias locales a la refriega, incluidas Andrómeda y Triángulo. Quizás entonces finalmente sepamos si estos mundos de ciencia ficción sin sol y sin estrellas están realmente ahí fuera.
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