Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

El espacio se estira

Una de las consecuencias de la Teoría General de la Relatividad que, hasta ahora, estaba sin demostrar, es que, cuando un objeto rota sobre sí mismo, debe arrastrar consigo al espacio situado a su alrededor, estirándolo y retorciéndolo como si fuese elástico. Al cabo de unos 80 años de espera parece haberse comprobado que, efectivamente, ello es cierto.

La Teoría de la Relatividad de Einstein predice que los objetos en movimiento deben generar una fuerza, en adición a la de gravedad, de modo semejante a cómo los electrones, en movimiento, ocasionan un campo magnético, aparte de su propio campo eléctrico. Los físicos austríacos Josef Lense y Hans Thirring, en 1918, indicaron que, debido a sus características, esa fuerza debería arrastrar al espacio situado en torno al cuerpo en movimiento. Se trataría del efecto Lense-Thirring, conocido científicamente como el arrastre del referencial ("frame dragging"). Provocaría que un cuerpo, cercano al objeto en movimiento, se desplazase de modo diferente al previsto por las leyes de Newton.

ESTRELLAS DE NEUTRONES. Para detectar y cuantificar el efecto Lense-Thirring se necesitaría observar objetos muy masivos, o usar instrumentos de medición de insospechada sensibilidad. La primera de estas dos opciones es la que han seguido los astrónomos italianos Luigi Stella y Mario Vietri, enfocando su atención sobre los objetos astronómicos conocidos de mayor masa: los agujeros negros y las estrellas de neutrones. Ambas clases de objetos proceden de la muerte de grandes estrellas que vivieron antes de que se originase nuestro Sol. Una gran estrella, cuando envejece y sus reacciones nucleares declinan, colapsa y se hunde sobre sí misma, en menos de un segundo, provocando la gran explosión de una supernova y desprendiendo gran energía. Gran parte de la masa se concentra en un pequeño residuo, constituido por los neutrones de los núcleos atómicos constituyentes de la estrella, girando alrededor de su eje a gran velocidad, originando un intensísimo campo magnético. Dependiendo de la masa del objeto se originará un pulsar (estrella de neutrones) o un agujero negro.

Los astrónomos Stella y Vietri presentaron recientemente sus observaciones al respecto en una REUNIÓN DE LA SOCIEDAD ASTRONÓMICA AMERICANA celebrada en Estes Park, Colorado. Han medido los rayos X procedentes de 15 estrellas de neutrones superpesadas, utilizando un satélite de la NASA, lanzado en 1995, detector de rayos X, el ROSSI X-RAY TIMING EXPLORER. Los materiales que giran alrededor de una estrella neutrónica producen rayos X con un patrón característico, que mantendrá su regularidad si las estrellas de neutrones no ejercen ningún efecto sobre el espacio que las rodea. Pero si se cumplen las predicciones de Einstein (efecto Lense-Thirring) los patrones de pulsación deben alterarse como si el material se tambalease o temblase en su órbita. Así ocurrió, y los astrónomos italianos pudieron detectar ese balanceo en 3 de las 15 estrellas neutrónicas observadas. La observación tiene un gran mérito, debido a las limitaciones instrumentales y a que los objetos analizados se mueven a velocidades de más 100.000 km por hora y están situados a distancias de años-luz.

AGUJEROS NEGROS. La densidad de las estrellas de neutrones es tal, que un volumen de su material, del tamaño de la cabeza de un alfiler, pesaría más que un gran superpetrolero cargado completamente. Y, en los agujeros negros, la densidad es aun mayor, tanta que su inmensa acción gravitatoria provoca que nada pueda escapar de ellos. Todo lo tragan, pues la velocidad necesaria para vencer la atracción gravitatoria ha de ser superior a la de la luz, lo cual no es posible. Indudablemente, los agujeros negros no se pueden observar directamente, pero su campo gravitatorio provoca acciones, que sí son observables, sobre la materia circundante. Es el caso de los astrónomos americanos Wei Cui y Wan Chen, quienes han estudiado, entre otros, dos agujeros negros, situados en nuestra galaxia de la Vía Láctea.

Uno de ellos es el GRO J1665-40, descubierto en 1994, por el GAMMA RAY OBSERVATORY de la NASA, en el momento de sufrir un gran estallido que lo convirtió en el objeto más brillante en rayos X de todo el firmamento. Cuenta con una estrella secundaria, de modo que el agujero negro posee unas cuatro veces la masa del Sol y la estrella secundaria, del tamaño del Sol, lo orbita con un periodo algo menor de 3 días. En cuanto al otro agujero, el GRS 1915+105, fue descubierto a través del satélite franco-ruso de rayos X, el SIGMA-GRANAT".

PRECESIÓN. La magnitud que se ha analizado en ambos casos ha sido la velocidad de precesión del disco de acreción. ¿Qué significa ello?. La precesión es un efecto relacionado con la rotación de un cuerpo. Cuando se hace girar un trompo en el suelo se puede observar como tiene lugar una oscilación del eje de rotación del trompo realizando un movimiento circular: es la precesión. Lo mismo le ocurre al giro de la propia Tierra (la precesión de los equinoccios). En cuanto a los discos de acreción se trata de que, conforme la materia cae más rápidamente en el agujero negro, sucede al igual que al vaciar el agua de un lavabo, que se forma una espiral o disco de acreción.

En el caso del agujero negro GRO J1655-40, la velocidad de precesión del disco de acreción llega a la increíble magnitud de 300 rotaciones por segundo, mientras que la del agujero negro GRS 1915+105 es tan solo de 67 vueltas por minuto. En cualquier caso, al analizar la variabilidad de las emisiones de rayos X, se han encontrado pequeñas repeticiones casi periódicas cuya causa radica en el proceso de precesión del disco. Y es importante que las precesiones medidas son superiores a las que se producirían por un simple efecto mecánico clásico, es decir, que se pueden entender por la existencia del fenómeno predicho por Einstein, del arrastre o rotación del diferencial. En un próximo futuro la NASA tratará de confirmar el estiramiento del espacio con una instrumentación muy precisa, mediante el satélite GRAVITY PROBE-B que se orientará hacia una estrella. Con una tecnología muy precisa, unos giroscopios muy sensibles, sumergidos en helio, podrán cuantificar la precesión y compararla con la convencional. Mientras tanto, todo indica, como en tantas otras ocasiones, que Einstein había acertado plenamente en sus teorías y en la predicción de sus consecuencias científicas.