Cuando la gravedad apaga la luz

Por Josep Emili Arias

Rudyard Kipling en su "Libro de la Selva" nos presenta a dos personajes felinos como casta líder y dominante de la selva. Aunque, aquí, el escritor indio supo diferenciar el carácter solidario y acogedor de la pantera Bagheera, de la naturaleza agresiva y hostil del tigre Shere Khan. De igual modo, con esta doble personalidad se manifiesta la mayor fuerza que rige y domina el Universo, la gravitación. Una fuerza originada por la estrecha relación existente, entre la cantidad de masa y la circunferencia donde ésta se confina. Unas veces, esta fuerza de gravedad sirve para que una estrella como el Sol pueda ordenar y mover dócilmente, a su alrededor, todo el sistema planetario. Otras veces, con una gravedad mayor es la responsable de la colisión de galaxias, de los violentos cataclismos estelares (explosiones de supernova), así como de la tan probable formación de grandes agujeros negros en el centro masivo de las galaxias. Una fuerza capaz de contraer el tejido espacio-tiempo y curvar la trayectoria de la luz, y en su máxima consecuencia llegar apagarla. En julio de 1993, el cometa Shoemaker-Levy 9 tuvo la osadía de acercarse demasiado a la zona de influencia de Júpiter, y su núcleo sufrió los primeros zarpazos gravitatorios, los cuales terminarían por descuartizarlo en un collar de 21 fragmentos antes de su impacto con Júpiter. Los humanos nacemos y vivimos en el entorno de 1g de gravedad, que en el peor caso de caernos, experimentamos un tirón gravitatorio con una aceleración de 9,8 metros por segundo cada segundo. En la superficie de la Luna, de menor masa, solamente se registran 0,16g. Si hubiera existido una civilización en el vecino satélite, seguro que allí, no hubiesen hecho falta los traumatólogos.

De estrella, a agujero negro
En primer lugar, ni sabemos ni sabremos qué se ve dentro de un agujero negro, ya que es un viaje sin billete de vuelta. Ni aun llevándonos un móvil conseguiríamos informar de lo que vemos dentro, pues las radioondas tampoco saldrían del agujero. Recuerdo una sugerencia de Carl Sagan: "Tal vez, sí queremos ver que aspecto tiene el interior de un agujero negro, quizás, debamos mirar a nuestro alrededor, pues tampoco en este Universo la materia y la luz tienen billete de salida". Un Universo en expansión, que sin limites ni bordes definidos, se mantiene cerrado por la gravedad de toda la materia existente. La vida de las estrellas es un continuo y difícil equilibrio entre, por un lado, su tendencia a colapsar hacia el centro por efecto de la atracción gravitatoria de su propia masa y, por el otro, la presión hacia fuera ejercida por la radiación generada por el descomunal reactor de fusión, que en sí, es una estrella. Hoy día, en la edad de oro de los agujeros negros y con las leyes de la Relatividad General, sabemos, que las estrellas masivas que agotan su vida y aún les queda una masa residual mayor de 2,2 masas solares, son candidatas a implosionar en agujeros negros. Cuando estos reactores estelares de fusión agotan su potencia, toda su masa residual irremisiblemente se colapsa y se derrumba gravitacionalmente hacia su centro. La materia es destruida y condensada en la singularidad o centro del agujero, donde la llamada gravedad de marea y la curvatura espacio-tiempo son allí infinitamente intensas.

Una hipótesis prematura
En 1783, el astrónomo británico John Michell fue el primero que teorizó y pronosticó la posible existencia de estos agujeros negros, que él llamaba "estrellas oscuras", decía: "Si en la Tierra, para que una partícula (o cohete) pueda salir al exterior, se necesita una velocidad de escape de 11 km/s. En el sol, debido a su mayor gravedad, dicha partícula necesitaría una velocidad de 617 km/s para poder escapar de la gravedad solar. ¿Cuánto tendré que reducir y comprimir la circunferencia del Sol hasta conseguir una gravedad tan fuerte, que una partícula o fotón necesite una velocidad de escape igual a la de la luz, 299.792 km/s?". Pues Michell era buen conocedor de las leyes gravitatorias de Newton y pudo demostrar que la velocidad de escape es proporcional a la raíz cuadrada de la masa estelar dividida por su circunferencia. Esta circunferencia para el sol, la calculó en 18,5 km y la llamó circunferencia crítica, hoy día se le llama horizonte o superficie esférica del agujero negro. Por tanto, para que un fotón o corpúsculo de luz pudiera salir de tal circunferencia crítica, necesitaría una velocidad de escape superior a la velocidad de la luz, y a John Michell esto le parecía inviable, el Sol con esa circunferencia crítica tendría que convertirse sin remisión en una esfera oscura e inobservable, pues intuyó que la luz nunca superaría la velocidad estándar de 299.792 km./segundo. La luz nunca saldría de la estrella. Como postulado teórico era muy correcto, pero John Michell al igual que mucha gente de hoy día, incurren en el error de interpretar que los fotones de luz al salir de la estrella oscura (o centro del agujero negro), a cierta altura, son frenados y devueltos a la superficie de la estrella por efecto de la intensa gravedad. Inconscientemente piensan que la velocidad de la luz es relativa. A finales del s. XVIII no se sabía nada aún sobre el valor constante y absoluto de la velocidad de la luz. En 1905 Albert Einstein demostró, en su primera teoría de la Relatividad Especial, que la luz, al igual que todas las ondas electromagnéticas siempre viajan a la velocidad constante e invariable de 299.792 km/s. La luz, por efecto gravitatorio, se puede desviar y curvar pero nunca frenar o alterar su velocidad. La velocidad de la luz es una contante universal que participa y define muchas ecuaciones.

En este sistema binario, el agujero negro absorbe materia y gas de la estrella compañera (o capturada). Esta materia en su caída hacia el agujero emite rayos X.

¿Por qué es oscuro un agujero negro?
Porque no emiten luz, ni imagen. Según la Relatividad General, en la superficie de cualquier objeto masivo como una estrella, el tiempo fluye más lentamente que estando muy lejos de ella, a esto le llamamos dilatación gravitatoria del tiempo, a mayor gravedad más se congela y se detiene el tiempo. En la superficie o horizonte del agujero negro son tan intensas las fuerzas gravitatorias que el tiempo está totalmente dilatado, parado. Sí el tiempo en la misma frontera o horizonte del agujero negro está congelado, implica esto, que la frecuencia de propagación de cualquier onda electromagnética (luz) también estará congelada. Puesto que la frecuencia siempre tiene que oscilar sobre un tiempo y, por tanto, donde no hay tiempo no hay frecuencia (ciclos por segundos). Con todo ello, deja de existir cualquier tipo de onda electromagnética, tanto en la banda visible como en la no visible. El agujero negro no emite ningún tipo de radiación, es la oscuridad total. La onda ha perdido toda su energía al carecer de frecuencia, y una onda sin crestas o ciclos por segundo, es una onda inexistente. Una onda plana es una onda muerta, como cuando decimos que un cerebro presenta encefalograma plano al carecer de actividad energética. Por tanto, en el horizonte del agujero, más que frenar e impedir que salga la luz u otro tipo de onda electromagnética, lo que sucede es que la intensa fuerza gravitatoria de varios miles de millones de ges, anulan y matan cualquier onda. Científicamente se dice, que la luz, al tratar de salir del intenso campo gravitatorio del agujero, sufre un total desplazamiento gravitatorio hacia el extremo rojo del espectro donde la longitud de onda luminosa cada vez irá oscilando más lentamente hasta alargase en el infinito, como una línea plana sin ninguna frecuencia.

El Chandra abre sus ojos a los rayos
X Los agujeros negros son objetos que visualmente se han quedado aislados del Universo y se dan a conocer, entre otras manifestaciones, por la acentuada emisión de rayos X. La materia, tanto partícula, gas u objeto, al quedar atrapada por el potente remolino gravitatorio (zona de influencia del agujero negro), ésta se precipita a altas velocidades hacia su horizonte. La materia, en su caída, crea un frente de choque en el que se calienta hasta temperaturas de millones de grados. La materia en estas condiciones desprende rayos X. Estos rayos X son el "canto de cisne" de la materia antes de ser engullida y destruida en el interior del agujero negro. Nuestra atmósfera resulta opaca a este tipo de radiación, por tanto, para que estos observatorios puedan abrir sus ojos a los rayos X, se tienen que situar fuera de la Tierra. El 23 de julio de 1999, fue lanzado al espacio el Chandra X-Ray, un satélite para el estudio de cualquier objeto cósmico que emita rayos X, como las radiogalaxias que en su seno pueden albergar grandes agujeros negros, las densas estrellas de neutrones o las explosiones de supernova. Como también los sistemas binarios de agujero negro y estrella compañera (o capturada). Este satélite lleva el nombre del astrofísico norteamericano y Premio Nobel, de origen indio (qué casualidad) Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995), un experto en evolución estelar y uno de los primero, que a mediados de la década de los 70, describió matemáticamente el concepto de agujero negro.

Bibliografía y fuente:
Universo sin fin, de Cayetano López. Ed. Taurus, 1999 Agujeros negros y tiempo curvo, de Kip S. Thorne. Ed Crítica, 1995 http://chandra.harvard.edu/