1) Los hoyos negros sí tienen emisiones
Uno de los conceptos teóricos más importantes de nuestro tiempo es el de los hoyos negros. La teoría de la relatividad general predice que si compactamos la masa de un objeto más y más, con el tiempo alcanzaremos un radio para el cual la atracción gravitacional en la superficie del objeto es tan grande que ni aun la luz podría escapar de ellos. Para un objeto con la masa de la Tierra este radio crítico (llamado radio de Schwarzchild) es de sólo 0.9 cm. Como es imposible para la tecnología actual el crear un hoyo negro en el laboratorio, se les ha tratado de detectar en distintas partes del Cosmos, donde cierto tipo de fenómenos que involucran energías astronómicas podrían crear hoyos negros. Por ejemplo, se cree que las explosiones estelares llamadas supernovas podrían comprimir la parte central de una estrella hasta formar un hoyo negro.
¿Han finalmente detectado los astrónomos un hoyo negro más allá de toda duda? Esta es una pregunta muy difícil de contestar. Existen observaciones de ciertas regiones del Universo en donde se cree que existen hoyos negros, pero la evidencia no es concluyente aún. Como hemos dicho, se creía hasta hace poco que los hoyos negros no emitían ningún tipo de radiación y por lo tanto habría que probar su existencia indirectamente por los efectos de atracción gravitacional que producirían sobre estrellas o nubes gaseosas que estuviesen cerca de ellos. El sistema estelar binario con emisión de rayos X llamado Cisne-X, es uno de los mejores candidatos, pues se cree que uno de los dos objetos que lo forman es un hoyo negro con una masa varias veces mayor que la de nuestro Sol.
También se cree que el centro de nuestra Galaxia alberga un hoyo negro supermasivo, con millones de veces la masa del Sol. Esto se ha deducido a partir de las grandes velocidades de rotación de las nubes gaseosas que existen a su alrededor. Se ha propuesto también que un hoyo negro aún más masivo, con miles de millones de veces la masa del Sol, existe en el centro de la galaxia eruptiva M 87. Existen muchas galaxias que al ser observadas en las frecuencias de radio muestran chorros de plasma que son eyectados desde su núcleo. La causa de esta actividad también ha sido atribuida a un hoyo negro supermasivo. Todas estas evidencias son indirectas puesto que el hoyo negro, en caso de existir, no posee (se decía) emisión característica alguna.
En 1974 y para sorpresa general, el físico inglés S. W. Hawking demostró en una serie de trabajos ya clásicos, que en realidad los hoyos negros sí tienen una emisión característica. Su resultado se basa en la aplicación de la mecánica cuántica a las predicciones de la relatividad general. Cuando aquélla no se toma en cuenta, las partículas y la radiación no pueden escapar del hoyo negro. Sin embargo, de acuerdo con la mecánica cuántica, en una región en que hay fuerzas tan intensas, la probabilidad de creación de pares de partículas no es despreciable. El fenómeno de creación de pares, predicho por Dirac en 1931 como la producción de un electrón y un positrón a partir de la radiación electromagnética, sin dejar de seguir siendo sorprendente, es un fenómeno muy familiar para los físicos dedicados al estudio de las partículas elementales. Las condiciones en que se encuentra el espacio en la superficie de un hoyo negro favorecen la creación de partículas que originan la emisión característica de este objeto.
¿Podremos en el futuro detectar directamente a los hoyos negros por medio de su emisión de partículas? Al parecer no, porque ella es debilísima y se confunde con la emisión de los muchos otros objetos "normales" que pueblan el Universo. Aunque parezca paradójico, las teorías predicen que los hoyos negros que emiten más intensamente son los más pequeños. Mientras más emiten, más masa pierden y más pequeños se hacen. Si durante la Gran Explosión en la que se originó el Universo se crearon hoyos negros de todos los tamaños, es posible predecir que los que originalmente tuvieron una masa de 1015 gramos (similar a la masa de un asteroide) son los que estarían emitiendo más intensamente en el presente. De hecho, éste efecto de transformación de masa en energía es catastrófico y el hoyo negro acabaría su vida emitiendo un pulso de rayos gamma. Se han hecho experimentos buscando recibir estos pulsos y hasta ahora no se han detectado.
Como sabe todo físico, la velocidad de la luz (300 000 kilómetros por segundo) no puede ser alcanzada, mucho menos excedida, por los cuerpos del mundo real. A principios de la década de los setentas, varios grupos de radioastrónomos comenzaron a estudiar los núcleos de los misteriosos cuasares usando las poderosas técnicas de la interferometría de base muy larga. Esta técnica consiste en el uso simultáneo de varios radiotelescopios distribuidos sobre vastas áreas geográficas, y permite obtener mapas de la emisión de objetos de pequeñísimas dimensiones angulares.
Un resultado muy importante se obtuvo al realizar mapas de un mismo cuasar en distintas épocas y compararlos luego. Los cuasares tienen erupciones en las que su brillo aumenta considerablemente. Se encontró que estas erupciones van acompañadas de la eyección de dos o más nubes de plasma que se expanden respecto al centro del cuasar. Se encontró que estas nubes se expanden a velocidades que exceden la de la luz, típicamente de 5 a 10 veces.
Pero no hay por qué alarmarse y comenzar a buscar una alternativa a la teoría de la relatividad. Varios ingeniosos astrofísicos han demostrado que estos efectos podrían ser sólo aparentes, o sea una especie de ilusión óptica. Los diversos modelos propuestos involucran efectos de velocidad de fase. Estos efectos son similares a los que ocurren cuando una ola rompe al llegar a la orilla del mar. La formación de espuma se propaga rapidísimo, a velocidades mucho mayores que la de la ola en sí. Pero, por otra parte, ninguno de los varios modelos ha sido aceptado por la generalidad de los astrónomos y estas expansiones aparentemente superlumínicas siguen siendo uno de los misterios más importantes de la astronomía contemporánea.
Moléculas complejas en el espacio interestelar
Los vastos espacios que existen entre las estrellas no se encuentran totalmente vacíos sino que los llena un tenue gas interestelar. Este gas se halla a su vez permeado por energéticas radiaciones ultravioletas capaces de destruir los lazos químicos de las moléculas. Se creía pues que sólo los resistentes átomos podrían subsistir en un medio tan inhóspito. Sin embargo, los setentas presenciaron el descubrimiento de complejas y delicadas moléculas en las llamadas nubes moleculares. El gas interestelar es muy inhomogéneo y se conglomera en nubes de años-luz de diámetro que por sus condiciones físicas son un criadero de moléculas complejas. Las partes centrales de estas grandes nubes moleculares se hallan escudadas de la destructiva radiación ultravioleta por el material de su periferia. En los núcleos de estas nubes se han descubierto más de 50 moléculas, algunas muy pesadas como el cianodiacetileno (HC5N). Es muy sugerente el que sea también en estas nubes moleculares donde se forman las nuevas estrellas, algunas de las cuales muy posiblemente tendrán planetas en los que quizá aparezca la forma más compleja de la organización de la materia: la vida. Parecería que la naturaleza se organiza en secuencias de mayor complejidad al ir del sencillo medio interestelar a las nubes moleculares y finalmente a estrellas y planetas.
La Busqueda de moleculas Complejas Podria Estar llegando a su Final
Nuestro conocimiento de los planetas y satélites que forman el sistema planetario del Sol se ha visto grandemente acrecentado con los datos proporcionados por las sondas espaciales enviadas por los Estados Unidos y la Unión Soviética. Particularmente impactante fue el descubrimiento hecho en marzo de 1979 por el vehículo espacial Viajero 1 de la existencia de volcanes activos en Ío, uno de los satélites de Júpiter. Cuatro meses después un segundo vehículo, Viajero II, estudió este fenómeno en más detalle. De los catorce satélites que se le conocen a Júpiter, probablemente sea Ío, el de características más peculiares. Hace quince años se descubrió que las emisiones a longitudes decamétricas de radio que Júpiter emite esporádicamente ocurrían, en general, cuando \315o se encontraba formando un ángulo recto respecto a la línea Tierra-Júpiter. Generalmente se cree que estas emisiones se deben a que lo perturba a la magnetosfera de Júpiter (en la que Ío se encuentra embebido) y que esto crea inestabilidades eléctricas que a su vez originan radiación de radio. Las emisiones son más fuertes en direcciones paralelas al movimiento de Ío y esta característica geométrica hace que se les detecte más comúnmente cuando Ío se halla formando un ángulo recto respecto a Júpiter, o sea cuando su movimiento orbital es paralelo a la línea de visión de la Tierra a Júpiter.
El descubrimiento de vulcanismo activo indica que, además de la Tierra, existen otros cuerpos en el Sistema Solar que tienen una superficie dinámica y cambiante. La atmósfera terrestre, con sus procesos asociados como la erosión y la sedimentación, da a la Tierra un tratamiento facial que mantiene su superficie aparentemente joven, puesto que paulatinamente hace desaparecer a los cráteres meteoríticos antiguos. Algo similar debe ocurrir en Ío, puesto que las fotos de los Viajeros 1 y II no muestran ningún cráter del tipo meteorítico. Esto implica que la superficie de Ío cambia y se rejuvenece en periodos del orden de sólo millones de años. En contraste, Ganimedes, otro de los satélites de Júpiter, debe de tener una superficie prácticamente estática puesto que se halla cubierto de cráteres creados por impactos meteoríticos.
Jupiter y el Satelite Io a la Derecha
¿Se formó nuestro Sistema Solar debido a la explosión de una supernova?
Se cree que cuando se formó nuestro Universo hace 15 mil millones de años, casi toda la materia se hallaba en la forma de los elementos hidrógeno y helio. Así, cuando se formaron las galaxias y en ellas las primeras estrellas, no había condiciones para la aparición de la vida porque ésta requiere de muchos otros elementos químicos como carbón, nitrógeno, oxígeno, etc. Afortunadamente, las estrellas más masivas de aquella primera generación de estrellas debieron haber terminado su vida en una explosión de supernova. El gas eyectado en esta explosión es muy importante puesto que es muy rico en los elementos químicos necesarios para la formación de planetas de tipo terrestre (silicio, aluminio, hierro, etc.), así como para la aparición de la vida (carbono, nitrógeno, oxígeno, etc.). Este gas se mezcla con el gas interestelar, de modo que para cuando se formaron nuevas estrellas ya existían las condiciones para que se formasen planetas terrestres y quizá vida. Es por esto que siempre se ha creído que las supernovas estaban relacionadas indirectamente con la formación de nuevos sistemas solares.
Recientemente, análisis químicos del meteorito Allende sugieren que esta relación entre supernovas y sistemas solares es mucho más estrecha de lo creído. El famoso meteorito Allende es llamado así porque cayó en 1969 cerca del pueblito de Allende, Chihuahua. En él se ha detectado un exceso del isótopo magnesio-26 que sólo se puede explicar proponiendo que cuando el meteorito se solidificó tenía aluminio-26 entre sus componentes. Lo importante de esto es que el aluminio-26 es un isótopo con una vida media relativamente corta (700 000 años) que decae hasta formar el magnesio-26. La presencia de un exceso de magnesio-26 en el meteorito Allende implica que hubo una explosión de supernova que inyectó elementos químicos en una nube de gas interestelar y que antes de que el aluminio-26 decayera se solidificó en los meteoritos. Inclusive se ha propuesto que fue precisamente esta explosión de supernova la que causó que un fragmento de nube gaseosa se colapsara para formar el Sistema Solar. En otras partes de nuestra Galaxia se ha encontrado evidencia de que cuando el gas eyectado por una supernova choca con nubes de gas interestelar, este gas es comprimido y en ciertos casos quizá se ha colapsado gravitacionalmente formando nuevas estrellas. Si esta teoría es correcta, concluiríamos que la muerte de las viejas estrellas causa el nacimiento de otras nuevas.
El Sistema Solar pudo haber sido originado por la explosion de una Supernova Ultragigantesca
Flujos bipolares en regiones de formación estelar
En 1980 dos grupos de radioastrónomos detectaron, durante sus estudios de regiones de formación estelar, un nuevo tipo de fenómeno inesperado. Uno de los grupos estaba encabezado por Ronald Snell de la Universidad de Texas y el otro por mí, que ya entonces laboraba para el Instituto de Astronomía de la UNAM. El fenómeno consiste en lo siguiente. Alrededor de las estrellas jóvenes se detectan dos nubes de gas que se alejan de la estrella en forma antiparalela. A este fenómeno se le bautizó, por su geometría, como un flujo bipolar. En la actualidad se conocen unos 50 casos de flujos bipolares.
¿Por qué son importantes los flujos bipolares? A primera aproximación, uno espera que cualquier material eyectado por una estrella salga en todas las direcciones, o sea con una geometría isotrópica. ¿Por qué los flujos bipolares sólo se alejan de la estrella en dos direcciones? La respuesta tentativa que se ha dado a esta pregunta es que alrededor de las estrellas jóvenes existe un disco de gas que detiene a las eyecciones de la estrella en su plano. Las eyecciones sólo pueden salir por los polos del disco, formándose un flujo bipolar.
La posible existencia de un disco alrededor de las estrellas jóvenes es importante porque se cree que esta situación ocurrió para nuestro Sol poco después de su formación. Este disco hipotético es muy interesante porque de él se podrían formar posteriormente los planetas. Con el avance en la capacidad de la instrumentación astronómica ha sido ya posible confirmar que existen discos alrededor de al menos algunas estrellas jóvenes. La especulación es que en el futuro se formarán planetas a partir de estos discos. Todavía no se ha podido detectar de manera definitiva un planeta en otra estrella, pero estos discos bien podrían constituir las estructuras precursoras de los planetas.
La Prueba mas Feaciente que exuste sobre el origen de los flujos bipolares se encuentra inmersa en la Nebulosa Del Aguila
Uno de los postulados fundamentales de la astronomía es que el Universo es homogéneo. Por esto, entendemos que si tomamos un volumen de espacio lo suficientemente grande, vemos más o menos lo mismo independientemente de donde estemos colocados. En el Centro de Astrofísica de la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano se ha trabajado intensivamente para determinar cómo están distribuidas en el espacio las galaxias. Para esto, primero se determina la posición de la galaxia en el cielo, o sea en dos dimensiones. Luego se mide la velocidad de alejamiento de la galaxia en cuestión y, usando la ley de Hubble, se determina la distancia a la galaxia, o sea su tercera dimensión. Con estos datos es posible construir una maqueta tridimensional del Universo. El primer resultado que se obtiene es conocido hace muchos años; las galaxias están agrupadas en cúmulos. El nuevo resultado que obtuvieron los investigadores del Centro de Astrofísica fue sorprendente y aún no tiene explicación. Resulta que los cúmulos de galaxias no están distribuidos al azar en el espacio, sino que forman enormes filamentos, de dimensiones demasiado grandes para ser explicadas por cualquiera de las teorías disponibles. Se cree que estos filamentos son consecuencia de las condiciones físicas que existieron en el Universo joven. Pero la explicación precisa de su existencia no ha sido encontrada aún.
Fuente principal:
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/01/html/sec_19.html
Adaptacion:
Nestor Arraez.
Imagenes: Google search.
