Cuando la gravedad apaga la luz
Por Josep Emili Arias
Rudyard Kipling en su "Libro de la Selva" nos presenta a dos personajes felinos como casta líder y dominante de la selva. Aunque, aquí, el escritor indio supo diferenciar el carácter solidario y acogedor de la pantera Bagheera, de la naturaleza agresiva y hostil del tigre Shere Khan. De igual modo, con esta doble personalidad se manifiesta la mayor fuerza que rige y domina el Universo, la gravitación. Una fuerza originada por la estrecha relación existente, entre la cantidad de masa y la circunferencia donde ésta se confina. Unas veces, esta fuerza de gravedad sirve para que una estrella como el Sol pueda ordenar y mover dócilmente, a su alrededor, todo el sistema planetario. Otras veces, con una gravedad mayor es la responsable de la colisión de galaxias, de los violentos cataclismos estelares (explosiones de supernova), así como de la tan probable formación de grandes agujeros negros en el centro masivo de las galaxias. Una fuerza capaz de contraer el tejido espacio-tiempo y curvar la trayectoria de la luz, y en su máxima consecuencia llegar apagarla. En julio de 1993, el cometa Shoemaker-Levy 9 tuvo la osadía de acercarse demasiado a la zona de influencia de Júpiter, y su núcleo sufrió los primeros zarpazos gravitatorios, los cuales terminarían por descuartizarlo en un collar de 21 fragmentos antes de su impacto con Júpiter. Los humanos nacemos y vivimos en el entorno de 1g de gravedad, que en el peor caso de caernos, experimentamos un tirón gravitatorio con una aceleración de 9,8 metros por segundo cada segundo. En la superficie de la Luna, de menor masa, solamente se registran 0,16g. Si hubiera existido una civilización en el vecino satélite, seguro que allí, no hubiesen hecho falta los traumatólogos.
De
estrella, a agujero negro
En primer lugar, ni sabemos ni sabremos qué
se ve dentro de un agujero negro, ya que es un viaje sin billete de vuelta. Ni
aun llevándonos un móvil conseguiríamos informar de lo que vemos dentro, pues
las radioondas tampoco saldrían del agujero. Recuerdo una sugerencia de Carl Sagan:
"Tal vez, sí queremos ver que aspecto tiene el interior de un agujero negro, quizás,
debamos mirar a nuestro alrededor, pues tampoco en este Universo la materia y
la luz tienen billete de salida". Un Universo en expansión, que sin limites ni
bordes definidos, se mantiene cerrado por la gravedad de toda la materia existente.
La vida de las estrellas es un continuo y difícil equilibrio entre, por un lado,
su tendencia a colapsar hacia el centro por efecto de la atracción gravitatoria
de su propia masa y, por el otro, la presión hacia fuera ejercida por la radiación
generada por el descomunal reactor de fusión, que en sí, es una estrella. Hoy
día, en la edad de oro de los agujeros negros y con las leyes de la Relatividad
General, sabemos, que las estrellas masivas que agotan su vida y aún les queda
una masa residual mayor de 2,2 masas solares, son candidatas a implosionar en
agujeros negros. Cuando estos reactores estelares de fusión agotan su potencia,
toda su masa residual irremisiblemente se colapsa y se derrumba gravitacionalmente
hacia su centro. La materia es destruida y condensada en la singularidad o centro
del agujero, donde la llamada gravedad de marea y la curvatura espacio-tiempo
son allí infinitamente intensas.
Una hipótesis prematura
En
1783, el astrónomo británico John Michell fue el primero que teorizó y pronosticó
la posible existencia de estos agujeros negros, que él llamaba "estrellas oscuras",
decía: "Si en la Tierra, para que una partícula (o cohete) pueda salir al exterior,
se necesita una velocidad de escape de 11 km/s. En el sol, debido a su mayor gravedad,
dicha partícula necesitaría una velocidad de 617 km/s para poder escapar de la
gravedad solar. ¿Cuánto tendré que reducir y comprimir la circunferencia del Sol
hasta conseguir una gravedad tan fuerte, que una partícula o fotón necesite una
velocidad de escape igual a la de la luz, 299.792 km/s?". Pues Michell era buen
conocedor de las leyes gravitatorias de Newton y pudo demostrar que la velocidad
de escape es proporcional a la raíz cuadrada de la masa estelar dividida por su
circunferencia. Esta circunferencia para el sol, la calculó en 18,5 km y la llamó
circunferencia crítica, hoy día se le llama horizonte o superficie esférica del
agujero negro. Por tanto, para que un fotón o corpúsculo de luz pudiera salir
de tal circunferencia crítica, necesitaría una velocidad de escape superior a
la velocidad de la luz, y a John Michell esto le parecía inviable, el Sol con
esa circunferencia crítica tendría que convertirse sin remisión en una esfera
oscura e inobservable, pues intuyó que la luz nunca superaría la velocidad estándar
de 299.792 km./segundo. La luz nunca saldría de la estrella. Como postulado teórico
era muy correcto, pero John Michell al igual que mucha gente de hoy día, incurren
en el error de interpretar que los fotones de luz al salir de la estrella oscura
(o centro del agujero negro), a cierta altura, son frenados y devueltos a la superficie
de la estrella por efecto de la intensa gravedad. Inconscientemente piensan que
la velocidad de la luz es relativa. A finales del s. XVIII no se sabía nada aún
sobre el valor constante y absoluto de la velocidad de la luz. En 1905 Albert
Einstein demostró, en su primera teoría de la Relatividad Especial, que la luz,
al igual que todas las ondas electromagnéticas siempre viajan a la velocidad constante
e invariable de 299.792 km/s. La luz, por efecto gravitatorio, se puede desviar
y curvar pero nunca frenar o alterar su velocidad. La velocidad de la luz es una
contante universal que participa y define muchas ecuaciones.
En este sistema binario, el agujero negro absorbe materia y gas de la estrella compañera (o capturada). Esta materia en su caída hacia el agujero emite rayos X. |
¿Por qué es oscuro un agujero negro?
Porque no emiten luz,
ni imagen. Según la Relatividad General, en la superficie de cualquier objeto
masivo como una estrella, el tiempo fluye más lentamente que estando muy lejos
de ella, a esto le llamamos dilatación gravitatoria del tiempo, a mayor gravedad
más se congela y se detiene el tiempo. En la superficie o horizonte del agujero
negro son tan intensas las fuerzas gravitatorias que el tiempo está totalmente
dilatado, parado. Sí el tiempo en la misma frontera o horizonte del agujero negro
está congelado, implica esto, que la frecuencia de propagación de cualquier onda
electromagnética (luz) también estará congelada. Puesto que la frecuencia siempre
tiene que oscilar sobre un tiempo y, por tanto, donde no hay tiempo no hay frecuencia
(ciclos por segundos). Con todo ello, deja de existir cualquier tipo de onda electromagnética,
tanto en la banda visible como en la no visible. El agujero negro no emite ningún
tipo de radiación, es la oscuridad total. La onda ha perdido toda su energía al
carecer de frecuencia, y una onda sin crestas o ciclos por segundo, es una onda
inexistente. Una onda plana es una onda muerta, como cuando decimos que un cerebro
presenta encefalograma plano al carecer de actividad energética. Por tanto, en
el horizonte del agujero, más que frenar e impedir que salga la luz u otro tipo
de onda electromagnética, lo que sucede es que la intensa fuerza gravitatoria
de varios miles de millones de ges, anulan y matan cualquier onda. Científicamente
se dice, que la luz, al tratar de salir del intenso campo gravitatorio del agujero,
sufre un total desplazamiento gravitatorio hacia el extremo rojo del espectro
donde la longitud de onda luminosa cada vez irá oscilando más lentamente hasta
alargase en el infinito, como una línea plana sin ninguna frecuencia.
El
Chandra abre sus ojos a los rayos
X Los agujeros negros son objetos que
visualmente se han quedado aislados del Universo y se dan a conocer, entre otras
manifestaciones, por la acentuada emisión de rayos X. La materia, tanto partícula,
gas u objeto, al quedar atrapada por el potente remolino gravitatorio (zona de
influencia del agujero negro), ésta se precipita a altas velocidades hacia su
horizonte. La materia, en su caída, crea un frente de choque en el que se calienta
hasta temperaturas de millones de grados. La materia en estas condiciones desprende
rayos X. Estos rayos X son el "canto de cisne" de la materia antes de ser engullida
y destruida en el interior del agujero negro. Nuestra atmósfera resulta opaca
a este tipo de radiación, por tanto, para que estos observatorios puedan abrir
sus ojos a los rayos X, se tienen que situar fuera de la Tierra. El 23 de julio
de 1999, fue lanzado al espacio el Chandra X-Ray, un satélite para el estudio
de cualquier objeto cósmico que emita rayos X, como las radiogalaxias que en su
seno pueden albergar grandes agujeros negros, las densas estrellas de neutrones
o las explosiones de supernova. Como también los sistemas binarios de agujero
negro y estrella compañera (o capturada). Este satélite lleva el nombre del astrofísico
norteamericano y Premio Nobel, de origen indio (qué casualidad) Subrahmanyan Chandrasekhar
(1910-1995), un experto en evolución estelar y uno de los primero, que a mediados
de la década de los 70, describió matemáticamente el concepto de agujero negro.
Bibliografía y fuente:
Universo sin fin, de Cayetano López. Ed. Taurus,
1999 Agujeros negros y tiempo curvo, de Kip S. Thorne. Ed Crítica, 1995 http://chandra.harvard.edu/