¿Puede un agujero negro partirse en dos?

Tienen la bien merecida fama de ser los grandes devoradores del Universo. Los agujeros negros se alimentan de estrellas, engullen planetas, gas y polvo y, cuando dos de ellos se encuentran, se 'devoran' mutuamente y terminan fundiéndose en uno solo, más grande y poderoso. De hecho, en 2016 los científicos consiguieron detectar directamente las ondas gravitacionales producidas por esas colisiones, una de las predicciones más espectaculares de la teoría de la relatividad general de Einstein. Fue el primer caso, pero le siguieron muchos más.Pero ¿y si pudiera ocurrir justamente lo contrario? ¿Y si un agujero negro, en lugar de engullir a otro, pudiera partirse en dos?Para los físicos, la respuesta a esa pregunta siempre había sido un 'no' rotundo. De hecho, la idea parece contradecir todo lo que sabemos sobre estos misteriosos objetos. Existen reglas inquebrantables que, en circunstancias normales, impedirían semejante partición, y el mayor de los obstáculos proviene de las leyes de la termodinámica. En concreto, de una propiedad fundamental que los físicos denominan 'entropía'.Dicho de forma sencilla, la entropía es una medida matemática de la cantidad de desorden o caos que hay dentro de un sistema físico. Imaginemos, por un momento, la caja de ceras de colores de un niño pequeño. Cuando la entropía del sistema es baja, todas las ceras están perfectamente ordenadas en su interior, sin mezclarse. Sin embargo, a medida que la entropía aumenta, las ceras acaban desordenadas y esparcidas por toda la habitación. Para volver a poner cada color en su sitio, es necesario que un adulto intervenga desde el exterior y aporte energía al sistema para ordenarlas de nuevo. Al final, las ceras han vuelto a su caja, pero la física nos dice que el orden no se ha restaurado. Es más, el desorden general ha aumentado aún más.La rotación extrema actuaría como una fuerza centrífuga descomunal, capaz de vencer la atracción gravitatoria que, de otro modo, los volvería a fusionar al instanteLa razón es que la energía usada para recoger y recolocar las ceras en su sitio ha provocado que una cierta cantidad de calor se disipe en el aire, y eso aumenta el desorden, la entropía, general del Universo. La ley (la segunda ley de la termodinámica) es clara e implacable: la entropía de un sistema cerrado no puede reducirse de forma espontánea. Todo tiende siempre hacia el desorden.En el caso de un agujero negro ordinario, estacionario y sin rotación, fragmentarse en dos pedazos más pequeños significaría, de hecho, reducir repentinamente la entropía total del sistema. Y eso, termodinámicamente hablando, es un proceso imposible. En resumen, un fenómeno estrictamente prohibido por la Naturaleza.Un «vacío legal» a velocidades extremasY, sin embargo, un equipo internacional de físicos del Centro de Teoría Cuántica de Campos de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU), el CNRS francés y la Universidad de Nápoles Federico II, acaba de demostrar que, al menos desde un punto de vista teórico, existe una estrechísima ventana en la que esa posibilidad podría hacerse real. Eso sí, no estamos ante el descubrimiento de un agujero negro que se haya dividido, ni siquiera ante la demostración de que el proceso pueda suceder realmente en la naturaleza. Lo que los investigadores han encontrado son las extraordinarias condiciones que podrían permitirlo. El trabajo acaba de publicarse en 'Physical Review D'.Solo los agujeros negros que rotan cerca del máximo permitido podrían superar los obstáculos necesarios para fragmentarse«En nuestro estudio -explica Francesco Sannino, investigador de la Universidad de Nápoles Federico II y coautor del trabajo-, investigamos qué leyes físicas impiden normalmente que un agujero negro se divida en dos. Y también investigamos si ciertas circunstancias pueden permitir que se produzca una escisión».Y sí, resulta que esas circunstancias existen. Según los cálculos, en efecto, si un agujero negro rota a gran velocidad, existe un resquicio que permitiría la división, un 'vacío legal' que permitiría violar impunemente la segunda ley de la Termodinámica. Por supuesto, se trata de condiciones extremas y que deben cumplirse de forma extraordinariamente precisa. En palabras de Sannino «los dos agujeros negros resultantes también deben poder separarse en lugar de volver a juntarse inmediatamente. Cuando incluimos este requisito, la ventana se cierra en gran medida de nuevo, excepto posiblemente para los agujeros negros que giran cerca de su velocidad máxima posible».El horizonte de sucesos se deformaría a lo largo del tiempo dibujando la forma de unos pantalones, bifurcándose en dos 'piernas' totalmente independientesDicho de otro modo: solo una rotación extrema actuaría como una fuerza centrífuga descomunal capaz de vencer la aplastante atracción gravitatoria que, de no existir ese giro límite, volvería a fusionar las dos mitades en fracciones de segundo.La extraña 'topología del pantalón'Si el proceso llegara a producirse, tendría una consecuencia geométrica bastante curiosa. El horizonte del agujero negro original, que inicialmente sería una única superficie cerrada, acabaría ramificándose en dos superficies independientes.Visto a lo largo del tiempo, el dibujo recordaría a unos pantalones: una parte superior común que se divide en dos 'piernas'. De ahí el peculiar nombre elegido por los investigadores, 'pair-of-pants topology', o topología de pantalón.Sin embargo, hay una precisión importante. El estudio no describe una 'explosión' convencional ni demuestra que un agujero negro pueda desgarrarse físicamente como lo hace una estrella. Lo que hacen los autores es analizar las condiciones termodinámicas y cinemáticas que permitirían pasar de una configuración a otra. Pero no han identificado todavía una dinámica completa que provoque esa transformación.Los telescopios como el Fermi-LAT podrían cazar los fugaces rayos gamma procedentes de diminutas «migas» cósmicas desprendidas durante las grandes fusionesEl estudio va incluso un paso más allá y explora escenarios teóricos más profundos, adentrándose en hipótesis que contemplan dimensiones espaciales adicionales. En esos entornos hipotéticos, ya se conocían objetos similares a los agujeros negros que pueden volverse inestables y desmoronarse. Y bajo ciertas condiciones extra dimensionales, la división se vuelve termodinámicamente favorable, especialmente cuando uno de los dos agujeros negros 'hijos' es considerablemente más pequeño que su 'hermano'. Sin embargo, que sea favorable no garantiza, por sí solo, que el tejido del espacio-tiempo termine desgarrándose.A la caza de 'migas' cósmicasA pesar de que los números cuadran sobre el papel, observar directamente una fractura cósmica de esta magnitud sigue siendo un desafío que empuja la física actual hasta límites insospechados.«Todavía no podemos dar una probabilidad única de que un agujero negro se divida. Depende de cómo se comporte la gravedad más allá de la teoría de Einstein, y estamos trabajando para cuantificarlo», confiesa Sannino. La pista principal apunta ahora mismo hacia el pasado más remoto: «Esperamos que los pequeños agujeros negros primordiales sean más propensos a dividirse que los agujeros negros astrofísicos mucho más grandes», añade el físico italiano. Estos escurridizos agujeros primordiales, teóricamente diminutos, habrían nacido en medio del denso e hirviente caos material que dominaba el cosmos justo un instante después del Big Bang.¿Significa esto que nunca lograremos detectarlos? Sannino mantiene la esperanza y nos ofrece la clave para buscarlos: «Podríamos detectar una división indirectamente: los telescopios de rayos gamma, como Fermi-LAT, pueden buscar señales de diminutos fragmentos de agujeros negros que podrían formarse durante las fusiones».Es decir, al colisionar dos agujeros negros, la violencia extrema del choque no solo generaría un agujero aún mayor, sino que podría desprender ínfimas 'migas' gravitatorias; fragmentos diminutos que, en el instante exacto de separarse de la masa principal, emitirían intensos y fugaces destellos de rayos gamma. La investigación abre así una vía inesperada para estudiar los límites de la relatividad general y la naturaleza de los agujeros negros. Pero conviene mantener los pies en el suelo: nadie ha observado todavía uno que se parta en dos, y los autores no pueden siquiera calcular la probabilidad de que algo así ocurra.Por ahora, por lo tanto, la imagen de un agujero negro que se divide como unos 'pantalones cósmicos' pertenece al terreno de las posibilidades matemáticas. Lo verdaderamente importante es que los físicos han empezado a identificar qué leyes tendrían que cambiar, o qué condiciones extremas deberían cumplirse, para que algo que parecía absolutamente imposible pudiera llegar a ocurrir.