¿CÓMO NAVEGAR HACIA UN AGUJERO NEGRO?: Donde ningún objeto creado por el hombre ha ido antes
Como sabéis, la Voyager 2 ha viajado más lejos que cualquier nave espacial. Está a poco más de 20 000 millones de kilómetros (12 400 millones de millas), justo al otro lado del límite de nuestro sistema solar. Pero el astrofísico de la Universidad de Fudan, Cosimo Bambi, ya está pensando en cómo podríamos estudiar los agujeros negros dentro de una generación: enviando diminutas naves espaciales en un viaje interestelar de décadas a uno cercano. En órbita alrededor de un agujero negro, una nave espacial no más grande que un clip podría poner a prueba nuestras ideas más profundas sobre el funcionamiento del universo. Si Bambi se sale con la suya, dentro de 20 o 30 años, una nanonave - una diminuta nave espacial de apenas unos gramos -desplegará una vela de luz de 10 metros de ancho en la órbita baja terrestre. Láseres de alta energía en la Tierra iluminarán la vela, y la presión de esos fotones acelerará la nave espacial a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz en cuestión de minutos. Durante los próximos 75 años, la diminuta nave surcará la inmensidad del espacio para encontrarse con uno de los objetos más misteriosos de nuestro universo: un agujero negro. Los físicos creen que la región de superalta gravedad cercana a los agujeros negros podría ser el único lugar del universo donde la relatividad general (la teoría que describe la estructura de nuestro universo, el espacio-tiempo y cómo la gravedad lo afecta) falla. Pero no lo sabremos con certeza hasta que podamos medir lo que ocurre cerca del borde de uno de ellos. Eso es lo que Bambi espera lograr con su ambiciosa idea. Aquí en nuestro sistema solar, hemos medido la masa de planetas y lunas observando cómo cambia la órbita de una nave espacial bajo su atracción gravitatoria. Bambi afirma que podemos medir la gravedad de un agujero negro de la misma manera, solo que con naves espaciales mucho más pequeñas. Cuando la nanonave finalmente alcance el agujero negro, liberará al menos una, o quizás varias, nanonaves aún más diminutas. El enjambre de naves espaciales del tamaño de un insecto reduciría su velocidad lo suficiente como para ser capturada en órbita (de alguna manera), o bien sobrevolaría el agujero negro. En cualquier caso, el principio es el mismo: la nave nodriza rastrea las señales de radio de su intrépida progenie. Sus trayectorias rastrearán cómo se curva y deforma el espacio-tiempo en la zona cercana a un agujero negro. Cuando la señal de la nanonave llegue a la Tierra luego de 25 años, los científicos podrán comparar sus datos con las predicciones de la relatividad general y otros modelos. Y entonces, a un siglo del lanzamiento, sabremos si nuestros modelos de funcionamiento del universo se sostienen incluso bajo la tremenda tensión gravitacional de una singularidad. “Esta es solo una idea muy vaga, así que hay mucho que discutir”, comento Bambi a Astronomy . “Se trata más bien de estimular a la comunidad a debatir esta posibilidad”. Pero ya es posible vislumbrar la forma general de la misión. Imagine una vela hecha de unos pocos metros cuadrados de material especializado, desplegada delante de una minúscula nave espacial que es básicamente un chip de computadora con un diminuto transceptor de radio conectado. Esa es la nanonave que Bambi espera que los científicos envíen algún día para investigar la gravedad de un agujero negro. Como mínimo, las nanonaves interestelares tendrían que ser capaces de medir el tiempo (para saber cuándo han llegado a su destino), así como de enviar y recibir señales de radio. Pero transportar mucho más que eso en una nave espacial diseñada para ser propulsada a velocidades relativistas por una vela de luz sería extremadamente impráctico. “Propulsar una cámara convencional con una vela de luz es como intentar levitar un ladrillo sobre papel de seda”, declaró a Astronomy el físico e ingeniero Kevin Parkin, quien dirige el Centro de Diseño de Misiones en la NASA Ames y anteriormente trabajó en el proyecto 100 Year Starship de la NASA. Incluso esa configuración básica tendría que miniaturizarse mucho más allá de lo que la tecnología actual puede lograr, y diseñarse para resistir la intensa radiación y el frío extremo del espacio interestelar. Algunas piezas del rompecabezas, como los sistemas de energía para la nanonave e incluso una cámara, podrían incorporarse a las capas de material que componen la vela de luz mediante un sistema llamado matriz óptica en fase. Pero esa tecnología en particular sigue siendo lo que Parkin llama "física conocida, pero aún no ingeniería conocida". En otras palabras, sabemos cómo describirla con ecuaciones, y debería ser físicamente posible, pero nadie ha descubierto aún cómo construirla. Y luego están los láseres. Bambi estima que, si construyéramos un conjunto de láseres con la energía suficiente para impulsar una nanonave al espacio a un tercio de la velocidad de la luz, el coste rondaría el billón de euros. Según la tendencia general de los costes de los láseres (el precio por vatio se reduce a la mitad cada cuatro años), el precio podría bajar a unos mil millones de euros en 30 años. Esto se ajusta más al presupuesto de las grandes misiones espaciales actuales. En total, Bambi estima que nos faltan entre 20 y 30 años para tener la tecnología necesaria para la misión a un agujero negro que propone, pero cree que es cuestión de tiempo. Sobre todo, si logramos encontrar un agujero negro cerca. En su artículo reciente, Bambi sugiere que misiones como Breakthrough Starshot, u otras diseñadas para visitar exoplanetas relativamente cercanos, probablemente se lanzarán antes de que se envíen nanonaves a un agujero negro. Esto se debe, en parte, a que la distancia (y la velocidad necesaria) es mucho mayor, y a que es más difícil diseñar una nave espacial para la radiación y la gravedad alrededor de un agujero negro. Y, en parte, a que esas misiones tienen algo que su concepto de agujero negro aún no tiene: un objetivo. El agujero negro más cercano que conocemos actualmente está a 1560 años luz. Probablemente exista un agujero negro acechando a menos de 25 años luz de la Tierra, pero el problema es que aún no lo hemos encontrado. Bambi afirma que esto podría cambiar en la próxima década. Los astrofísicos estiman que nuestra galaxia contiene un agujero negro y 10 enanas blancas por cada 100 estrellas "normales". Basándose en la cantidad de estrellas en nuestro vecindario de la Vía Láctea y en lo que los astrofísicos saben sobre el ciclo de vida de las estrellas masivas, es probable que exista un agujero negro sin descubrir no muy lejos. Sin embargo, los agujeros negros son notoriamente difíciles de detectar porque son regiones de las que no escapa la luz. Trabajando juntos, algunos de los telescopios más avanzados del mundo podrían detectar los tenues rastros de radiación liberados por el material que es atraído hacia un agujero negro, incluso uno que se alimenta del escaso material del espacio interestelar. Este equipo astronómico de ensueño incluye el Telescopio Espacial James Webb y el futuro Conjunto del Kilómetro Cuadrado (dos conjuntos de antenas parabólicas repartidas por amplias franjas de tierra en Australia y Sudáfrica), junto con ALMA (el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile. Los astrónomos también podrían detectar un agujero negro que comparte órbita con una estrella de la misma manera que detectan algunos exoplanetas: midiendo ligeras oscilaciones en la órbita de la estrella, causadas por la atracción gravitatoria de su compañera. Los agujeros negros que se desplazan por la galaxia en solitario, sin una estrella compañera, podrían revelarse por la forma en que su gigantesca gravedad curva la luz de las estrellas del fondo; así fue como los astrónomos detectaron el agujero negro OGLE-2011-13LG-0462 (un nombre casi tan denso como el propio objeto) hace más de una década. “Si encontramos un agujero negro que no esté muy lejos, creo que la comunidad científica podría estar interesada en debatir si realmente podemos enviar una sonda a este objeto”, dijo Bambi a Astronomy . La idea de usar una vela de luz para captar rayos láser e impulsar un chip de computadora al espacio interestelar no es nueva. La Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA) usó una vela de luz para impulsar su nave espacial IKAROS a un sobrevuelo de Venus en el 2010, y en el 2019 la Sociedad Planetaria envió un cubesat propulsado por velas llamado LightSail-2 a la órbita terrestre baja. Ambos proyectos tenían una masa considerablemente mayor que una nanonave (LightSail-2 pesaba alrededor de 6 kilogramos, e IKAROS, alrededor de 55 kg), y ambos usaban luz solar, no láseres, para llenar sus velas. Obviamente, ninguna de estas misiones viajaba a una velocidad cercana a un tercio de la velocidad de la luz, por lo que podían operar con más masa y menos energía. Desde el 2016, Breakthrough Starshot , un proyecto personal del físico convertido en multimillonario empresario Yuri Milner, ha estado trabajando en el desarrollo de nanonaves impulsadas por velas de luz. El objetivo del proyecto es lanzar una flota de estas diminutas naves a Alfa Centauri para finales de la década de 2030. (El difunto físico Stephen Hawking fue miembro de la junta, al igual que el director ejecutivo de Meta, Mark Zuckerberg, y el astrofísico de Harvard y entusiasta de las sondas extraterrestres, Avi Loeb). Pero la idea básica se ha estado discutiendo en círculos de astrofísica y vuelos espaciales desde la década de 1970, según Bambi. El concepto cobró impulso en la última década o dos gracias al descubrimiento de sistemas de exoplanetas a pocos años luz de nuestro planeta. “Solo en los últimos 10 o 15 años, especialmente en la comunidad de exoplanetas, se ha interesado en este tipo de sonda, porque es entonces cuando sabemos que existen sistemas estelares no muy lejos de nosotros”, dice Bambi. “Si se puede hacer esto con exoplanetas, ¿por qué no podemos hacerlo ni siquiera con agujeros negros?” puntualizo.
