Salud RevistaCanal SaludCiencia y Salud
 

Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Luz para los agujeros negros

Rafael Rebolo es un excelente investigador español, de Cartagena, responsable de varias importantes investigaciones internacionales que se realizan en el prestigioso Instituto de Astrofísica de Canarias. En una de las más recientes, publicada en NATURE, se aporta una gran luz sobre uno de los hechos más extraños y menos conocidos del Universo, los agujeros negros, demostrando que, en ciertos casos su origen es la explosión cataclísmica de una estrella gigante.

En el siglo XVII, Isaac Newton describió la gravedad como la fuerza que atrae a dos masas del Universo, dependiente de sus cuantías y de la distancia entre ellas. Aunque la teoría de la relatividad de Einstein, en 1915, modificó este concepto de gravedad, intuitivamente podemos conservarlo, a fin de entender ideas como las del matemático francés Pierre Laplace, en 1796, al reflexionar que cuando, desde la superficie de la Tierra se lanza verticalmente un objeto, la altura alcanzada depende de la fuerza del lanzamiento, es decir, de su velocidad inicial. La altura alcanzada aumenta más rápidamente que la velocidad, de modo que cuando ésta llega, por ejemplo, a 40.000 km/h la altura es tan grande que se puede considerar ser infinita y el objeto escapa de la Tierra. Esta "velocidad de escape" es, por tanto, la que debe superar cualquier objeto que deseemos que abandone un cuerpo como nuestro planeta para dirigirse hacia otro cuerpo celeste. Laplace la cuantificó como V= (2GM/R)1/2, donde G es una constante, M es la masa del cuerpo y R su radio. Sorprendentemente, la aplicación de esta sencilla fórmula proporciona valores idénticos a los de la compleja teoría de la relatividad.

SCHWARZSCHILD. Einstein, entre sus muchas aportaciones, demostró que la luz puede considerarse como una serie de partículas, los fotones, que tienen energía y una masa asociada, en virtud de su famosa fórmula de equivalencia entre masa y energía: E= Mc2. También Einstein estableció que nada puede viajar más rápido que la luz, que es de unos 1.000 millones km/h. Un astrónomo alemán, Scharzschild, aplicó la fórmula de Laplace para calcular, para un determinado objeto y su masa, qué radio debe tener para que la velocidad de escape desde su superficie coincida con la velocidad de la luz. En el caso de la Tierra cuya masa real es algo más de tres millonésimas de la masa del Sol y su radio son 6.357 km, ya hemos indicado que su velocidad de escape equivale a 617 km/s. Sin embargo, si con esa misma masa, el radio de la Tierra se redujese a 9 mm (radio de Schwarzschild), la velocidad de escape igualaría a la de la luz. Para el Sol o una estrella del tipo de las enanas blancas (de magnitud igual o inferior a una masa Solar) el radio de Schwarzschild sería menor de 2,95 km, mientras que para un sistema estelar binario (unas veinte masas solares) sería 59 km y, por último, para un núcleo galáctico (desde un millón a mil millones de masas solares), el radio estaría en el rango de 3 millones a tres mil millones de km.

AGUJERO NEGRO. Los fotones, la luz, siempre viajan a la misma velocidad, pero cuando se alejan de un objeto con gravedad pierden energía, por lo que, para un observador externo, la luz se hace más roja (corrimiento al rojo). Si suponemos un cuerpo con un núcleo central másico supercondensado, que ha disminuido de tamaño hasta alcanzar el radio de Schwarzschild, los fotones que parten desde allí no viajan lo suficientemente rápidos para escapar, y el corrimiento al rojo es tal que, finalmente, pierden toda su energía, se hacen totalmente invisibles. Como, por otra parte, no hay nada que pueda viajar más rápido que la luz, la conclusión es que el cuerpo considerado será invisible, será un agujero negro. La única indicación de su presencia será su tremenda atracción gravitatoria que facilitará que otros objetos cercanos caigan sobre él y sean engullidos e invisibilizados. Este concepto de agujero negro fue propuesto por primera vez, en 1968, durante una conferencia impartida por el astrónomo John Wheeler.

¿Cuáles son los objetos más adecuados para que en ellos exista un agujero negro?. Una primera posibilidad sería considerar que cada galaxia se formó a partir de una gran nube de gas que colapsó y se dividió en estrellas individuales, que suelen concentrarse en el centro de la galaxia. Ello posibilita pensar que en el centro pudo haber demasiada materia para formar una estrella normal, o que se formaron allí tantas estrellas que coalescieron. En ambos casos el resultado es idéntico: la posible existencia de grandes agujeros negros, de millones de masas solares, en los centros de algunas galaxias.

REBOLO. La otra posibilidad ha sido la investigada por el equipo del que forma parte el Dr. Rebolo. Durante la vida de una estrella hay dos fuerzas que controlan su equilibrio: la gravedad, que tiende a comprimirla, y la presión ejercida por las fusiones nucleares en su núcleo, que tienden a expandirla. Cuando al cabo del tiempo el horno nuclear escasea de combustible, la gravedad gana la batalla y la estrella colapsa. Los astrónomos piensan que si la masa de la estrella es menor que la del Sol su final es la formación de lo que se denomina una enana blanca. Si la estrella original posee una masa entre una y cuatro veces la del Sol se produce una estrella de neutrones, reconocible como un pulsar. Si la masa de la estrella es superior a la de cuatro Soles, su colapso, pasando por el estado de supernova, puede llegar hasta alcanzar el radio de Schwarzschild, convirtiéndose en agujero negro.

Los investigadores citados estudiaban un agujero negro y una estrella visible coexistentes en la constelación de Escorpio. Las fuertes emisiones de rayos X sugerían la existencia de materia girando alrededor de un agujero negro. Por otra parte, cuando Rebolo y sus colaboradores intentaban analizar el espectro de la estrella visible encontraron una gran abundancia de elementos químicos que no podían producirse en esa estrella, sino que procederían de la explosión de su vecina, a temperaturas de miles de millones de grados que solo se producen en una supernova. Todos lo resultados son coherentes con la hipótesis de que la coalescencia de una estrella que poseía una masa aproximada de 40 soles, hace aproximadamente un millón de años, la convirtió en una supernova generadora del agujero negro. Estas investigaciones son las primeras pruebas contundentes experimentales del origen de un agujero negro a partir de una supernova.