Buracos negros: un pouco de historia (I)

1993/02/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Nos últimos anos os buracos negros convertéronse en obxectos de gran prestixio. Estes astros, que teñen una intensidade suficiente para que a zona de gravidade non salga da súa influencia nin sequera a propia luz, permiten que nada máis salga do seu interior. Por tanto, os buracos negros son áreas do espazo totalmente illadas do resto do Universo. Seguirán ingeriendo a materia que puidese haber na súa contorna, pero ao non poder sacar nada do seu interior, en ningún caso pódese obter información da mesma ou coñecer o que alí sucede. Estas sorprendentes peculiaridades convertéronse en algo atractivo e traspasaron o ámbito da ciencia, aparecendo con frecuencia tamén nos ámbitos cinematográfico e literario.

Figura .

Si o nome de “buraco negro” propúxose hai vinte anos e a moderna teoría de buracos negros non ten moitos anos máis, a idea de astros masivos que non deixarían escapar a luz é moito máis anterior. J. 1783 Mitchel, profesor de Cambridge, publicou un traballo calculando o radio necesario para que a velocidade de escape dunha estrela da mesma densidade que o Sol fose a da luz. Como é sabido, a velocidade de escape é a velocidade necesaria para que un corpo salga da gravidade doutro. Imaxinemos que queremos enviar un espazo a outro planeta.

Si ao lanzar a velocidade do espazo é inferior á velocidade de escape da Terra (11,2 km/s), o espazo irá ascendendo ou perderá enerxía (velocidade) e nun momento dado a súa velocidade será cero. Despois desvíase o movemento e volve caer á Terra. Si a velocidade supera os 11,2 km/s, a enerxía do espazo será suficiente paira avanzar no espazo interplanetario e escapar da influencia da Terra.

Como diciamos anteriormente, si a velocidade de escape dun astro fose superior á da luz (300.000 km/s), a propia luz tampouco podería saír do seu campo de gravidade. A velocidade de escape solar é de 618 km/s. J. Segundo os cálculos de Mitchel, una estrela de densidade do Sol debería ter un radio cincocentas veces maior que o do Sol para que a luz estea tamén limitada ao seu campo de gravidade.

O científico británico non foi o único que se decatou e ocupouse deste problema. P. S. Laplace, nun traballo publicado en 1799, demostrou que a velocidade de escape dunha estrela de radio R = 1,48.10-27 M (coa masa da estrela M en kg) era a velocidade da luz. A estes obxectos que describimos Laplace denominounos “corpos escuros”.

Parece lóxico pensar que estas ideas se baseaban na teoría corpus da luz. No século seguinte, con todo, impúxose a teoría de ondas e desde ese punto de vista era máis difícil comprender como a gravidade podía afectar á luz. Quizá por iso Laplace non incluíu as conxecturas sobre corpos escuros en posteriores publicacións.

As referencias a corpos escuros ou buracos negros non eran XX. Reexponerlo até principios do século XX. O desenvolvemento dunha teoría completa e completa non podía facerse ata que Einstein publicou en 1915 a teoría da relatividad xeneral e os astrofísicos comezaron a comprender os últimos pasos da evolución das estrelas. Pode pensarse que tendo en conta a duplicidade onda/fracción na que se basea a mecánica cuántica, considerando que a luz está formada por fotóns, os traballos de Mitchel e Laplace poderían volver ser útiles.

Figura .

Con todo, estes traballos foron realizados desde o punto de vista da mecánica clásica e non teñen en conta algunhas particularidades da luz. Non podemos comparar a luz xerada por unha estrela co espazo. Esta última perde velocidade ao aumentar a altura, pero a velocidade da luz é constante e non diminúe a pesar de afastarse da estrela. Uno dos resultados da teoría de Einstein é como a gravidade afecta á luz.

Segundo a teoría xeral da relatividad, o percorrido da luz é o camiño e a distancia máis curta entre dous puntos. Cando o espazo está baleiro, esta vía é directa, pero cando hai un corpo o seu campo de gravidade deforma o espazo circundante, inclinando tamén a traxectoria da luz. Na primeira figura móstrase un exemplo deste efecto: o raio de luz que vai atravesando o espazo tórnase cando pasa por un corpo masivo.

C. 1916 Schwarzschild utilizou a teoría de Einstein paira analizar a situación do espazo ao redor dun punto de gran masa, paira definir teoricamente o buraco negro sen rotación. O científico alemán calculou tamén o radio do buraco negro obtendo o mesmo valor que Laplace. A superficie esférica definida polo radio denomínase límite de eventos e todo o que está no seu interior constitúe un buraco negro.

Por tanto, non é posible saír del. En canto ao percorrido da luz, as diferentes situacións descritas na figura 2 axudarannos a comprender o problema. Se consideramos o caso dunha primeira estrela simple, (a), o campo de gravidade non será moi forte e a luz escapará seguindo o percorrido correcto. Se consideramos que a estrela se contrae, (b), a mesma masa acumúlase nun volume menor e os raios salguen cara a fóra, pero desviándose pola traxectoria recta. En definitiva (c), os raios agachásense completamente, retornando á superficie que foron reproducidas (no caso do buraco negro).

Con todo, os buracos negros non podían dicir se existían ou non no Universo tal e como foron definidos matematicamente por Mitchel, Laplace ou Schwarzschill. A continuación, os traballos de astrofísica foron os que canalizaron o problema, pero as achegas dos astrofísicos discutiranse no seguinte número.

EFEMÉRIDES SOL: O 18 de febreiro entra en Pisces en 15h 35m (UT). LÚA CUARTO CRECENTE LÚA CHEA CUARTO MENGUANTE CUARTO CRECENTE díahora (UT) 623 h 55 min 1314 h 57 min 2113h 5min —--- PLANETAS MERCURIO: atópase en elongación máxima o día 21 de febreiro. Por tanto, poderemos velo á noitiña nos que están ao redor dese día. VENUS: despois de pasar o mes anterior polo seu elongación máxima poderemos velo moi ben á noitiña. O 24 de febreiro o seu brillo é máximo, aínda que ese día estará preto da Lúa por non vela moi ben. MARTITZ: despois de pasar a oposición o mes anterior, aínda poderemos velo alto en canto escureza. JÚPITER: o próximo mes estará en oposición, polo que xa o teremos en boas condicións a medianoite e cada día máis temperán. SATURNO: está en conxunción o 9 de febreiro, é dicir, non poderemos velo todo o mes.