68 REPULSIÓN CÓSMICA

72 LA GRAVITACIÓN NO ES TAN UNIVERSAL COMO PARECE

46 HUECOS NEGROS Y OTROS CUENTOS

El Sol y los planetas están ubicados en los suburbios de nuestra galaxia, la Vía Láctea, a ella pertenecen la totalidad de las estrellas que observamos en el firmamento. Observando la mayoría de las galaxias cercanas, advertimos que ellas parecen alejarse continuamente de la Vía Láctea. La totalidad de las miles de galaxias situadas a mayores distancias que nuestra galaxia “gemela” Andrómeda, también parecen afectadas por una suerte de repulsión, que las aleja hacia todas direcciones. Lo singular es que la velocidad con la cual parecen alejarse de nosotros es tanto mayor conforme están más distantes, es decir las galaxias más remotas se alejan a velocidades mayores que las galaxias más próximas y esa relación o “ley” de alejamiento es lineal.

Podría pensarse que nuestra Vía Láctea es el Centro del Universo, pero como quiera que las características de tamaño, masa y composición de nuestra galaxia sean similares a las galaxias vecinas debemos buscar otra explicación. El paradigMa actual es que el Universo se expande, como un globo que se infla. Y las galaxias, situadas en la superficie de ese globo hipotético, se alejan entre si unas de otras, como movidas por una repulsión cósmica: la expansión del Universo. Huelga decir que esta concepción del Universo no es en si misma un hecho demostrable, sino más bien un principio de pensamiento según el cual ni el Sol ni nuestra Vía Láctea ocupa lugar privilegiado en vasto Universo conocido, verbigracia llamado Principio Copernicano, por analogía a la posición filosófica que no le asigna a Tierra lugar primordial en la estructura del Sistema Solar. Así tampoco nuestra galaxia está en posición privilegiada y se supone que la expansión del Universo también debería ser medida desde cualquier otra galaxia.

Fue un abogado graduado en Oxford, Edwin Hubble; y a la sazón astrónomo por convicción; quien descubrió ese fenómeno de alejamiento aparente. En 1936 Hubble junto a su ayudante Milton Humason estableció la Ley de Recesión de las Galaxias, observando y midiendo el espectro de unas 40 galaxias desde el Observatorio de Monte Wilson. Para la época ya era conocido el llamado Efecto Doppler, según el cual las líneas de absorción del espectro se desplazan hacia el rojo, conforme aumenta la velocidad de alejamiento (de la fuente o del receptor) y hacia el azul en caso de acercamiento de la fuente o del receptor. Según la ley, hoy conocida como Ley de Hubble, la velocidad de “alejamiento” (Recesión) de una galaxia es proporcional a la distancia de aquella. El coeficiente de proporcionalidad se le conoce hoy como la constante de Hubble y su valor está entre 50 y 100 km/segundo por cada Mega Pársec de distancia, digamos cada 3,26 millones de años luz. La importancia de la Ley de Hubble se comprende de inmediato si se advierte que el inverso de esta constante es justamente la Edad del Universo. No en balde se bautizo al Telescopio espacial con su nombre.

Hay diversas maneras de estimar la constante de Hubble, siendo su valor exacto motivo de controversia; para el momento de escribir estas líneas se acepta que su valor es próximo a 71 km/s/Mpc que equivale a decir que el Universo es tan antiguo como 12 mil millones de años. Debe advertirse que la expansión del Universo solo opera a grandes distancias, es decir los cúmulos de galaxias se alejan unos de otros cada vez más, aumentando la distancia entre ellos, pero en ningún modo significa que la distancia entre las estrellas de nuestra galaxia o entre los planetas o entre objetos en la Tierra este creciendo. Pensar de otro modo llevaría a la paranoia del personaje de la película de Woody Allen, Manhatttan; quien se preocupaba porque “si el Universo se expande entonces el Brooklyn (barrio de N.Y. famoso por la delincuencia) también esta expandiéndose” y a la postre aumentando de tamaño.

Sorprende que la Expansión del Universo, piedra angular de la Cosmología Moderna, fuera descubierta por dos astrónomos no profesionales. Un abogado: Hubble y su ayudante: Milton Humason, también autodidacta, quien comenzó sus labores como el arriero de las mulas que llevaban los equipos hasta la cima del Monte Wilson durante la construcción del Observatorio. Y uno reflexiona: hay arrieros de mulas que ser convierten en Científicos por su actitud hacia el conocimiento y la verdad…y viceversa!.

Aprendemos desde la escuela que la fuerza de gravedad es directamente proporcional al producto de las masas y varia con el inverso del cuadrado de la distancia; propuesta de Ley de Gravitación efectuada por Isaac Newton en 1686. En los años en que Newton propuso su Ley aun no se había descubierto el planeta Neptuno, ni se conocían las galaxias; por ello Emmanuel Kant, le adjudico el carácter de Ley de Gravitación “Universal”. Con el devenir de los años surgieron dudas acerca de la validez de esa Ley de gravitación en varios contextos astrofísicos; incluso en épocas casi contemporáneas a Newton, como las propuestas de Laplace y de Neumann, que no tuvieron para entonces mayor acogida. Y es que los experimentos Lorand EötVös (1896), y los realizados en laboratorios terrestre y en ingenios satelitales del siglo XX, demostraban la exactitud de la Ley de gravitación de Newton mas allá de toda duda razonable. El problema es que no hay ninguna evidencia cierta de que la Ley de gravedad de Newton sea válida a rangos de distancia mucho mayores, digamos que podría no ser valedera cuando la distancia entre los objetos sea miles o millones de años luz.

Por el contrario las evidencias muestran un extraño comportamiento de las estrellas en el seno de la gravedad de las galaxias. Las medidas experimentales de las velocidades de rotación de las estrellas en torno al centro de las galaxias es completamente opuesta a la predicción de la gravitación newtoniana, tal y como lo evidenció Katerin Freese a comienzos de la década de los ochenta y que se conoce como el problema de las curvas de rotación de las galaxias.

Peor aun las masas observadas en los cúmulos de galaxias y la densidad media del Universo es muy inferior al predicho teóricamente en la Teoría del Big Bang y la cosmología relativista; de allí que esa elusiva masa inexistente se le conozca como el problema de la materia oscura (Dark Matter). Las medidas de la Radiación cósmica del fondo de microondas que origino el universo, y de las supernovas remotas muestras además que el Universo se expande aceleradamente, es decir existe un campo de energía (Dark energy) que hace lo opuesto a la ley de Gravitación de Newton, acelera cósmicamente las galaxias en la expansión, en lugar de irlas frenando. Esta aceleración cósmica corresponde a la Constante cosmológica de Einstein y su origen es un misterio.

Una solución al problema ha sido propuesta por el autor de etas líneas recientemente (publicada por Dr Nelson Falcón, en Journal Modern of Physics 2013, 4, 10-18) según este nuevo modelo la fuerza de gravedad varia como el cuadrado inverso de la distancia solo a rangos menores que unas decenas de kiloparsec (decenas de miles de años luz) pero si la distancia aumenta, la ley de gravitación tiene un término adicional que se suma a la ya conocida Ley de Newton. Es decir, existe un potencial o fuerza de gravedad que varía según la distancia entre los objetos: será nulo cerca del Sistema Solar, en acuerdo con los experimentos terrestres, poco atractivo para escalas de decenas de kiloparsec; compatible con las curvas de rotación de las galaxias; muy atractivo a escalas de decenas de millones de años-luz (Megaparsec); explicando la masa faltante en los cúmulos y supercúmulos; y es repulsivo en escalas cosmológicas, acelerando los objetos cuando su distancia es mayor que 50 Mpc en acuerdo con la constante cosmológica de Einstein. Ese potencial (campo de fuerza) se ilustra en la figura de este apartado, indicando como cambia de signo y magnitud a diferentes escalas, además hace compatible la Teoría del Big Bang con las observaciones astronómicas, explica el Principio de Mach y la Constante Cosmológica de Einstein.

Al momento de escribir estas líneas la idea apenas se esboza en los círculos académicos especializados, sus implicaciones como siempre solo se valorarán con la posteridad. Por lo pronto lo invito a reflexionar acerca de la validez general de las cosas que damos por certeras, sea la ley de atracción, sea en nuestra vida personal, en las doctrinas que aceptamos e incluso en los afectos… donde todo resulta tan relativo y elusivo como el propio Universo. Puedo asegurarle que un momento de meditación en solitario, bajo un cielo estrellado, inspirará sus respuestas.

Todos creen saber lo que es un agujero negro. Todos menos los físicos. Si Ud. habla con un astrónomo, le convencerá que un agujero negro es el resultado final de la vida de una estrella con más de ocho veces la masa del Sol. Cuando se agota su combustible, la masa se contrae bajo su propio peso. Puede llegar a estar tan densa que, hasta una cierta distancia del centro, la velocidad necesaria para poder escapar de su atracción gravitatoria puede ser mayor que la velocidad de la luz. Llegados a ese extremo, ni siquiera la luz puede escapar y por ello se denomina agujero negro. Y también le dirá que la radio fuente Cygnus X-1 y otras fuentes estelares de rayos X y gamma son sin lugar a dudas, esos objetos teóricos inobservables en principio, pero que se evidencian por la materia que cae en esas colosales aspiradoras.

Si Ud. le hace la misma pregunta a un físico relativista, este le responderá que Hoyos Negros (Black Hole) son una solución de la Ecuaciones de campo de Einstein aplicadas a un modelo estelar. Le referirá que, en un modelo estelar, aparece un término indeterminado o infinito, que se interpreta como el colapso puntual de la estrella. También conocerá Ud. que esa relación no es debida a Einstein, sino a Kart Schwarzschild quien resolvió las Ecuaciones de gravedad de Einstein en 1916 para un caso simple, completamente esférico y sin considerar la rotación de la estrella ni la existencia de campo magnético. El propio Einstein en 1939, en su trabajo publicado en Annals of Mathematics titulado “Sobre un Sistema Estacionario con simetría esférica formado por muchas masa puntuales” advirtió sobre la imposibilidad física de la formación de tales objetos.

La relatividad no dice nada como se comporta la materia a densidades tan extremas, vale decir no específica si aparecen o no fuerzas de presión que detenga el colapso de la estrella antes de formar la singularidad. Una estrella como el Sol, colapsa a una estrella Enana Blanca formada por materia “degenerada”, su tamaño final es comparable al de la Tierra. Si la estrella es mucho más masiva que el Sol, su peso la hace colapsar hasta unos 15 kilómetros de radio, los átomos se funden en neutrones. El peso de su enorme masa es detenido por la fuerza de los neutrones, únicos constituyentes que sobreviven al colapso.

¿Y si la masa es aun mucho mayor? Es decir, si llegase a ser tan grande como ocho masas solares ¿no se formaría un Hueco Negro? No sabemos pero hay otras posibilidades teóricas no siempre bien divulgadas. Podría formarse una Estrella de Quark, de Piones o de otros materiales subatómicos. Tales objetos, de existir serian los responsables de las radio fuentes atípicas como Cygnus X-1 y se denominan también Huecos Negros, aun cuando es un abuso del lenguaje. Se entiende así, en astrofísica, por Hueco Negro a cualquier estrella más densa que una típica estrella de neutrones.

El termino Hueco Negro o Agujero Negro lo acuñó John Wheeler en una conferencia de 1967, antes se les denominaba como lo hacia Schwarzschild, “estrellas congeladas”. Para un Físico Relativista la única información que podemos obtener sobre un Hueco Negro es su masa, su carga eléctrica y su giro, cuyo enunciado se sintetiza en la jocosa frase “A Black Hole has not hair” (un hueco negro no tiene pelos). Pese a todo, hay quienes siguen pregonando los Hoyos Negros, de todos los tipos y en todo lugar del cosmos, no como una posibilidad teórica sino, equivocadamente, como un hecho demostrado. Postulan Hoyos Negros supermasivos en el Centro de las Galaxias Activas,. Sin hablar claro está, de los usado por los “divulgadores de la Ciencia” para proponer viajes en el tiempo, o a velocidades mayores que la luz, o a otros universos.

Y es que los Black Hole son un paradigma como en su tiempo lo fue el flogisto, los epiciclos, el éter, el calórico, etc. ¿Que valor tiene una hipótesis que no puede ser comprobada? ¿Qué existencia real tiene un objeto que por definición es inobservable? ¿Cuántos Huecos Negros hay en la galaxia? ¿Cuántos ángeles caben en la cabeza de un alfiler?