Zulo beltzak: histori pixka bat (I)

Azken urteotan zulo beltzak entzute handiko objektu bihurtu zaizkigu. Grabitate-eremua argia bera ere haren eraginpetik ez ateratzeko adinako intentsitatea duten astro hauek, beste ezer ere ez dute beren barnetik ateratzen uzten. Beraz, zulo beltzak Unibertsoaren gainerako beste guztitik erabat isolatuta dauden espazioaren arloak ditugu. Inguruan egon litekeen materia irentsiz segituko dute, baina beren barnetik ezer atera ezin denez, ez dago inola ere bertako informazioa lortzerik edo bertan gertatzen denaren berri izaterik. Berezitasun harrigarri hauek erakargarri bihurtu dituzte nonbait, eta zientziaren esparrua gainditu egin dute, zinearen eta literaturaren arloetan ere maiz agertuz.

“Zulo beltz” izena duela hogei eta gutxi urte proposatu bazen eta zulo beltzen teoria modernoak askoz urte gehiago ez baditu ere, argiari ihes egiten utziko ez lioketen astro masatsuen ideia askoz ere lehenagokoa da. 1783an J. Mitchel-ek, Cambridgeko irakasleak, lan bat argitaratu zuen Eguzkiak duen dentsitate berdineko izar baten ihes-abiadura argiarena izan zedin beharko lukeen erradioa kalkulatuz. Jakina denez, ihes-abiadura gorputz batek beste baten grabitatearen eraginpetik ateratzeko behar duen abiadura da. Eman dezagun espaziuntzi bat beste planeta batera bidali nahi dugula.

Jaurtitzean espaziuntziari ematen diogun abiadura Lurreko ihes-abiadura (11,2 km/s) baino txikiagoa bada, espaziuntziak gora joan ala energia (abiadura) galdu egingo du eta une batean bere abiadura zero izango da. Ondoren higidura alderanztu eta berriz ere Lurrera eroriko da. Abiadura 11,2 km/s-koa baino handiagoa bada, espaziuntziaren energia nahikoa izango da planetarteko espazioan aurrera joateko eta Lurraren eraginpetik ihes egiteko.

Lehenago esaten genuenez, bada, astro bateko ihes-abiadura argiaren abiadura (300.000 km/s) baino handiagoa balitz, argiak berak ere ezingo luke atera haren grabitate-eremupetik. Eguzkiko ihes-abiadura 618 km/s-koa da. J. Mitchel-en kalkuluen arabera, Eguzkiaren dentsitateko izar batek erradioa Eguzkiarena baino bostehun aldiz handiagoa izan beharko luke, argia ere haren grabitate-eremupera mugatuta egon dadin.

Zientzilari britainiarra ez zen izan arazo honetaz ohartu eta arduratu zen bakarra. P. S. Laplacek, 1799an argitaratutako lan batean, R = 1,48.10^-27 M (M izarraren masa kg-tan izanik) erradioko izar bateko ihes-abiadura argiaren abiadura zela frogatu zuen. Deskribatzen ari garen objektu hauei Laplace-k “gorputz ilun” deitu zien.

Logikoa dirudi aipatutako ideia hauek argiaren teoria gorpuzkularrean oinarritzen zirela kontsideratzea. Hurrengo mendean ordea, uhin-teoria nagusitu zen eta ikuspuntu horretatik zailagoa zen grabitateak argiari nola eragin ziezaiokeen ulertzea. Agian horregatik Laplacek gorputz ilunei buruzko aieruak bere lanaren bigarren argitalpenaz geroztikoetan ez zituen sartu.

Gorputz ilun edo zulo beltzei buruzko aipamenak ez ziren XX. mendearen hasiera arte berriz azaldu. Teoria oso eta erabatekoaren garapena ezin zen egin Einsteinek 1915ean erlatibitate orokorraren teoria argitaratu eta astrofisikariek izarren eboluzioaren azken urratsak ulertzen hasi ziren arte. Agian pentsa liteke mekanika kuantikoaren oinarri den uhin/zatiki bikoiztasuna kontuan izanik, argia fotoiz osatuta dagoela kontsideratuz, Mitchel eta Laplaceren lanak berriz ere baliagarri gerta litezkeela.

Lan haiek, ordea, mekanika klasikoaren ikuspuntutik eginikoak dira eta ez dituzte argiari dagozkion berezitasun batzuk kontutan hartzen. Izar batek sortutako argia ezin dugu espaziuntziarekin konparatu. Azken honek abiadura galtzen du altuera irabazi ahala; baina argiaren abiadura konstantea da eta ez da txikiagotzen izarretik urrundu arren. Grabitateak argiari nola eragiten dion jakitea dugu, hain zuzen ere, Einsteinen teoriaren emaitzetako bat.

Erlatibitatea-teoria orokorraren arabera, argiaren ibilbidea bi punturen arteko bide eta distantziarik laburrena da. Espazioa hutsik dagoenean bide hori zuzena da, baina gorputz bat dagoenean bere grabitate-eremuak inguruko espazioa deformatu egiten du, argiaren ibilbidea ere okertuz. Lehenengo irudian efektu honen adibide bat dugu: espazioa zeharkatuz doan argi-izpia gorputz masatsu baten ingurutik igarotzean okertu egiten da.

1916an K. Schwarzschild-ek Einstein-en teoria erabili zuen masa handiko puntu baten inguruko espazioaren egoera aztertzeko, ondorioz biraketarik gabeko zulo beltza teorikoki definitzeko. Zientzilari alemaniarrak zulo beltzaren erradioa ere kalkulatu zuen, Laplacek lortutako balio bera lortuz. Erradioak definitzen duen gainazal esferikoari, gertaeren muga deitzen zaio eta bere barnean dagoen guztiak zulo beltza osatzen du.

Beraz, ezin daiteke bertatik atera. Argiak egingo lukeen ibilbideari dagokionez, 2. irudian deskribatzen diren egoera ezberdinek arazoa ulertzen lagunduko digute. Lehenengo izar arrunt baten kasua kontsideratzen badugu, (a), grabitate-eremua ez da oso indartsua izango eta argiak ihes egingo du ibilbide zuzenari segituz. Izarra uzkurtu egiten dela kontsideratzen badugu, (b), masa berdina bolumen txikiagoan pilatuko da eta izpiak kanporantz aterako dira, baina ibilbide zuzenetik desbideratuz. Azken buruan, (c), izpiak erabat makurtuko dira, berriz ere sortu diren gainazalera itzuliz (zulo beltzaren kasuan).

Dena den, zulo beltzak Mitchel, Laplace edo Schwarzschild-ek matematikoki definitu zituzten moduan definituta ez zegoen Unibertsoan existitzen ziren ala ez esaterik. Ondoren, astrofisikaren arloko lanak izan ziren arazoa bideratu zutenak, baina astrofisikariek eginiko ekarpenak hurrengo alean eztabaidatuko ditugu.