VIAJEROS DE LAS ESTRELLAS
Vol. 1
El Universo En 1929 el astrónomo Edwin Hubble descubrió que las velocidades de alejamiento o recesión de las galaxias aumentaban con el crecimiento de sus distancias. Este descubrimiento dio origen a la teoría cosmológica del Big Bang, que parte de la hipótesis de que toda la materia del Universo estaba concentrada en una esfera indefinida y que, tras la explosión de ésta, comenzó a expandirse, creando el binomio espacio-tiempo. Hoy, esta teoria, aunque con matices, es generalmente aceptada por la comunidad científica. La expansión continuaría actualmente y es la que los astrónomos miden bajo la forma de desplazamiento hacia el rojo de las bandas espectrales de los lejanos objetos galácticos. Los físicos ordenan el Universo en una jerarquía de escalas o tamaños cada vez menores. La descripción de los procesos en cada nivel es una generalización de los procesos que tienen lugar en su nivel inferior. Las leyes fundamentales de la Física son válidas (o deberían serlo) para todas las escalas de organización de la materia.
El origen del universo Origen del Universo Fotografía cortesía de la NASA
La teoría más conocida sobre el origen del universo se centra en un cataclismo cósmico sin igual en la historia: el big bang. Esta teoría surgió de la observación del alejamiento a gran velocidad de otras galaxias respecto a la nuestra en todas direcciones, como si hubieran sido repelidas por una antigua fuerza explosiva.
Antes del big bang, según los científicos, la inmensidad del universo observable, incluida toda su materia y radiación, estaba comprimida en una masa densa y caliente a tan solo unos pocos milímetros de distancia. Este estado casi incomprensible se especula que existió tan sólo una fracción del primer segundo de tiempo. Los defensores del big bang sugieren que hace unos 10.000 o 20.000 millones de años, una onda expansiva masiva permitió que toda la energía y materia conocidas del universo (incluso el espacio y el tiempo) surgieran a partir de algún tipo de energía desconocido. La teoría mantiene que, en un instante (una trillonésima parte de un segundo) tras el big bang, el universo se expandió con una velocidad incomprensible desde su origen del tamaño de un guijarro a un alcance astronómico. La expansión aparentemente ha continuado, pero mucho más despacio, durante los siguientes miles de millones de años. Los científicos no pueden saber con exactitud el modo en que el universo evolucionó tras el big bang. Muchos creen que, a medida que transcurría el tiempo y la materia se enfriaba, comenzaron a formarse tipos de átomos más diversos, y que estos finalmente se condensaron en las estrellas y galaxias de nuestro universo presente. Orígenes de la teoría Un sacerdote belga, de nombre George Lemaître, sugirió por primera vez la teoría del big bang en los años 20, cuando propuso que el universo comenzó a partir de un único átomo primigenio. Esta idea ganó empuje más tarde gracias a las observaciones de Edwin Hubble de las galaxias alejándose de nosotros a gran velocidad en todas direcciones, y a partir del descubrimiento de laradiación cósmica de microondas de Arno Penzias y Robert Wilson. El brillo de la radiación de fondo de microondas cósmicas, que puede encontrarse en todo el universo, se piensa que es un remanente tangible de los restos de luz del big bang. La radiación es similar a la que se utiliza para transmitir señales de televisión mediante antenas. Pero se trata de la radiación más antigua conocida y puede guardar muchos secretos sobre los primeros momentos del universo. La teoría del big bang deja muchas preguntas importantes sin respuesta. Una es la causa original del mismo big bang. Se han propuesto muchas respuestas para abordar esta pregunta fundamental, pero ninguna ha sido probada, es más, una prueba adecuada de ellas supondría un reto formidable.
Nuestra galaxia, la Vía Láctea La Vía Láctea es la proyección, sobre la esfera celeste, de uno de los brazos espirales de la galaxia de la cual nosotros formamos parte, que toma, por extensión, el mismo nombre. Es una agrupación de unos 100.000 millones de estrellas en forma de espiral o girándula, cuyas dimensiones se estiman en torno a los 100.000 años-luz y cuyo disco central tiene un tamaño de 16.000 años-luz. La Vía Láctea, también llamada Camino de Santiago, puede observarse a simple vista como una banda de luz que recorre el firmamento nocturno, que Demócrito ya atribuyó a un conjunto de estrellas innumerables tan cercanas entre sí que resultan indistinguibles. En 1610 Galileo, usando por primera vez el telescopio, confirmó la observación de Demócrito. Hacia 1773 Herschel, contando las estrellas que observaba en el firmamento, construyó una imagen de la Via Láctea como un disco estelar dentro del cual la Tierra se encuentra inmersa, pero no pudo calcular su tamaño. En 1912 la astrónoma H. Leavitt descubrió la relación entre el periodo y la luminosidad de las estrellas llamadas variables cefeidas, lo que le permitió medir las distancias de los cúmulos globulares. Varios años después Shapley demostró que los cúmulos están distribuidos con estructura más o menos esférica alrededor del centro del disco, en lo que denominó el halo galáctico. También mostró que éste no está centrado en el Sol, sino en un punto distante del disco en la dirección de la constelación de Sagitario, donde situó correctamente el centro de la galaxia. Esta estructura quedó confirmada cuando se observó desde el observatorio de Monte Wilson en California que el objeto espiral llamado Andrómeda estaba constituido por estrellas individuales y no era una mera nebulosa de gas como hasta entonces se creía. Hacia 1930 Trumpler descubrió el efecto de oscurecimiento galáctico producido por el polvo interestelar, con lo que se logró corregir tanto el tamaño de la Galaxia como la distancia a la que se encuentra el Sol a los valores hoy en día aceptados. De acuerdo con estos datos, el sistema Solar se encuentra a una distancia entre 8.000 y 10.000 parsecs de distancia del centro galáctico, aproximadamente a dos tercios de distancia. Todas las estrellas que componen la Vía láctea están rotando alrededor del núcleo, que se cree que puede contar en su interior con un agujero negro. Las observaciones astronómicas referidas
a galaxias distantes muestran que la velocidad de rotación del Sol alrededor de la galaxia es de unos 250 km/s, empleando aproximadamente 250 millones de años en realizar una revolución completa. Las estrellas próximas al Sol realizan una órbita relativamente parecida, pero las más cercanas al centro de la galaxia giran más rápido, hecho que se conoce como rotación diferencial.
La edad de la Vía Láctea se estima en unos 13 mil millones de años, dato que se desprende del estudio de los cúmulos globulares y que concuerda con el resultado obtenido por los geólogos en su estudio de la desintegración radiactiva de ciertos minerales terrestres. La observación del mapa estelar ha permitido reconstruir los brazos espirales de la Galaxia, zonas en las cuales es abundante el número de cúmulos estelares o zonas de formación estelar. Éstos se nombran por las constelaciones que en ellos se encuentran. El brazo más cercano al centro galáctico es llamado de Centauro o de Norma-Centauro. El siguiente brazo hacia el exterior es el de Sagitario. El brazo de Orion es nuestro brazo local, también llamado del Cisne, y el brazo contiguo hacia el exterior se conoce como el de Perseo. Las estrellas que se encuentran en la Galaxia suelen agruparse en dos grandes grupos, llamados comúnmente poblaciones. El grupo llamado de población I está integrado por estrellas de composición solar, relativamente jóvenes, que se distribuyen
en
órbitas
aproximadamente
circulares en el disco galáctico, dentro de sus brazos. Las estrellas de población II son ricas en hidrógeno y helio, con escasez de elementos pesados, son de mayor edad, y tienen órbitas que no se encuentran dentro del plano galáctico.
Planetas en otros sistemas solares Saber si estamos o no solos en el universo ha sido uno de los objetivos de muchos filósofos y científicos a lo largo de la historia. Hasta hace poco, los únicos planetas conocidos formaban parte del Sistema Solar. El descubrimiento de planetas extrasolares es un acontecimiento bastante reciente. Aunque la búsqueda sistemática comenzó en 1988, el primer planeta extrasolar o exoplaneta fue detectado en 1995. Pero observar planetas directamente no es fácil. La existencia de planetas extrasolares se ha deducido en primera instancia a partir de pruebas indirectas. No obstante, están en marcha varios proyectos que permitirán observar estos planetas en el visible o en el infrarrojo. A partir de ahí se podrían obtener algunos datos que permitan deducir, con reservas, si dichos planetas alojan vida o no. Hasta hace poco tiempo los científicos no han dispuesto de técnicas e instrumentos capaces de detectar planetas extrasolares, es decir, sistemas planetarios en torno a otras estrellas. Pero la existencia de nuestro sistema planetario ha fomentado la búsqueda. Así, uno de los primeros pasos hacia el descubrimiento de planetas más allá de nuestro Sistema Solar se produjo en 1983, cuando se descubrió un disco en torno a la estrella Beta Pictoris. Pero durante mucho tiempo ésta ha sido la única prueba disponible. La llegada del telescopio espacial Hubble permitió realizar observaciones detalladas de regiones de formación de estrellas, como la existente en la constelación de Orión. Así se detectaron discos protoplanetarios en torno a estrellas jóvenes en formación, y se comprobó que una gran parte de las estrellas que se estaban formando tenían discos que podrían dar lugar a planetas en el futuro. Al principio de la década de 1990, se anunció el descubrimiento de planetas girando alrededor de púlsares. Los púlsares son estrellas muy compactas y que giran muy rápidamente, emitiendo radiación electromagnética que, si el eje de rotación está orientado convenientemente, puede detectarse desde la Tierra. Más tarde se vio que existían errores en el análisis de los datos y que dichos planetas no existían. Luego, no obstante se ha confirmado la existencia de planetas girando en torno a púlsares. Finalmente, en 1995, se anunció el descubrimiento del primer planeta extrasolar girando en torno a una estrella de tipo solar, 51 Pegasi. A partir de ese momento, los anuncios de nuevos planetas
extrasolares se han ido sucediendo sin pausa hasta llegar a la actualidad. Ahora ya se conocen muchos planetas extrasolares, y el número de los conocidos crece cada año. Dada la dificultad que presentan las observaciones directas, los primeros intentos de búsqueda de planetas que han dado resultado se han basado en observaciones indirectas. Los métodos utilizados se basan en las perturbaciones gravitatorias causadas por los planetas sobre las estrellas y en el tránsito del planeta por delante de la luz de la estrella.
La mayor parte de los planetas orbitan su estrella a una distancia bastante menor que la distancia Tierra-Sol. Además, la masa observada es del orden de la masa de Júpiter. Esto es, en parte, consecuencia de los métodos de detección empleados. Los planetas de masa mayor y que giran más cerca de la estrella tienen más posibilidades de ser detectados por las técnicas empleadas. No obstante, el refinamiento de dichas técnicas y la utilización de otras nuevas debe permitir en un futuro cercano detectar también planetas de tipo terrestre, es decir, planetas con una masa equivalente a la de nuestro planeta. En el futuro, gracias a nuevos telescopios situados en tierra y a nuevos observatorios espaciales, seremos capaces
de
recoger
luz
procedente
directamente de los planetas para obtener imágenes. A partir de ahí, con la ayuda de la espectroscopía, podremos conocer cuáles son los componentes principales de las atmósferas o las superficies de los planetas.
El polvo cósmico Según las teorías astronómicas actuales, las galaxias tuvieron su origen en grandes conglomerados de gas y polvo cósmico que giraban lentamente, fragmentándose en vórtices turbulentos y condensándose en estrellas. En algunas regiones donde la formación de estrellas fue muy activa, casi todo el polvo y el gas fue a parar a una estrella u otra. Poco o nada de este material quedó en el espacio intermedio. Esto es cierto para los cúmulos globulares, las galaxias elípticas y el núcleo central de las galaxias espirales. Dicho proceso fue mucho menos eficaz en las afueras de las galaxias espirales. Las estrellas se formaron en números mucho menores y sobró mucho polvo y mucho gas. Nosotros, los habitantes de la Tierra, nos encontramos en los brazos espirales de nuestra galaxia y vemos las manchas oscuras que proyectan las nubes de polvo contra el resplandor de la Vía Láctea. El centro de nuestra propia galaxia queda completamente oscurecido por tales nubes. El material de que está formado el universo consiste en su mayor parte en hidrógeno y helio. Los átomos de helio no tienen ninguna tendencia a juntarse unos con otros. Los de hidrógeno sí, pero sólo en parejas, formando moléculas de hidrógeno (H2). Quiere decirse que la mayor parte del material que flota entre las estrellas consiste en pequeños átomos de helio o en pequeños átomos y moléculas de hidrógeno. Todo ello constituye el gas interestelar, que forma la mayor parte de la materia entre las estrellas. El polvo interestelar (o polvo cósmico) que se halla presente en cantidades mucho más pequeñas, se compone de partículas diminutas, pero mucho más grandes que átomos o moléculas, y por tanto deben contener átomos que no son ni de hidrógeno ni de helio. El tipo de átomo más común en el universo, después del hidrógeno y del helio, es el oxígeno. El oxígeno puede combinarse con hidrógeno para formar grupos oxhidrilo (OH) y moléculas de agua (H2O), que tienen una marcada tendencia a unirse a otros grupos y moléculas del mismo tipo que encuentren en el camino. Así, poco a poco se van constituyendo pequeñísimas partículas compuestas por millones y millones de tales moléculas. Los grupos oxhidrilo y las moléculas de agua pueden lforman parte del polvo cósmico.
En 1965 se detectó por primera vez grupos oxhidrilo en el espacio y se comenzó a estudiar su distribución. Desde entonces se ha informado también de la existencia de moléculas más complejas, que contienen átomos de carbono así como de hidrógeno y oxígeno. El polvo cósmico tiene que contener también agrupaciones atómicas formadas por átomos aún menos comunes que los de hidrógeno, oxígeno y carbono. En el espacio interestelar se han detectado átomos de calcio, sodio, potasio y hierro, observando la luz que esos átomos absorben.
Dentro de nuestro sistema solar hay un material parecido, aportado quizás por los cometas. Es posible que fuera de los límites visibles del sistema solar exista una capa con gran número de cometas, y que algunos de ellos se precipiten hacia el Sol (acaso por los efectos gravitatorios de las estrellas cercanas). Los cometas son conglomerados sueltos de diminutos fragmentos sólidos de metal y roca, unidos por una mezcla de hielo, metano y amoníaco congelados y otros materiales parecidos. Cada vez que un cometa se aproxima al Sol, se evapora parte de su materia, liberando diminutas partículas sólidas que se esparcen por el espacio en forma de larga cola. En última instancia el cometa se desintegra por completo. A lo largo de la historia del sistema solar se han desintegrado innumerables cometas y han llenado de polvo el espacio interior del sistema. La Tierra recoge cada día miles de millones de estas partículas de polvo. Los científicos espaciales se interesan por ellas por diversas razones; una de ellas es que los micrometeoroides de mayor tamaño podrían suponer un
peligro
para
los
colonizadores de la Luna.
futuros
astronautas
y
La energía de las estrellas Las estrellas emiten energía de diferentes maneras: 1. En forma de fotones de radiación electromagnética carentes de masa, desde los rayos gamma más energéticos a las ondas radioeléctricas menos energéticas (incluso la materia fría radia fotones; cuanto más fría es la materia, tanto más débiles son los fotones). La luz visible es parte de esta clase de radiación. 2. En forma de otras partículas sin masa, como son los neutrinos y los gravitones. 3. En forma de partículas cargadas de alta energía, principalmente protones, pero también cantidades menores de diversos núcleos atómicos y otras clases de partículas. Son los rayos cósmicos. Todas estas partículas emitidas (fotones, neutrinos, gravitones, protones, etc.) son estables mientras se hallen aisladas en el espacio. Pueden viajar miles de millones de años sin sufrir ningún cambio, al menos por lo que sabemos. Así pues, todas estas partículas radiadas sobreviven hasta el momento (por muy lejano que sea) en que chocan contra alguna forma de materia que las absorbe. En el caso de los fotones sirve casi cualquier clase de materia. Los protones energéticos son ya más difíciles de parar y absorber, y mucho más difíciles aún los neutrinos. En cuanto a los gravitones, poco es lo que se sabe hasta ahora. Supongamos ahora que el universo sólo consistiese en estrellas colocadas en una configuración invariable. Cualquier partícula emitida por una estrella viajaría por el espacio hasta chocar contra algo (otra estrella) y ser absorbida. Las partículas viajarían de una estrella a otra y, a fin de cuentas, cada una de ellas recuperaría toda la energía que había radiado. Parece entonces que el universo debería continuar inmutable para siempre. El
hecho
de
que
no
consecuencia de tres cosas:
sea
así
es
1. El universo no consta sólo de estrellas sino que contiene una cantidad importante de materia fría, desde grandes planetas hasta polvo interestelar. Cuando esta materia fría frena a una partícula, la absorbe y emite a cambio partículas menos energéticas. Lo cual significa que en definitiva la temperatura de la materia fría aumenta con el tiempo, mientras que el contenido energético de las estrellas disminuye.
2. Algunas de las partículas (neutrinos y gravitones, por ejemplo) emitidas por las estrellas y también por otras formas de materia tienen una tendencia tan pequeña a ser absorbidas por éstas que desde que existe el universo sólo han sido absorbidas un porcentaje diminuto de ellas. Lo cual equivale a decir que la fracción de la energía total de las estrellas que pulula por el espacio es cada vez mayor y que el contenido energético de las estrellas disminuye. 3. El universo está en expansión. Cada año es mayor el espacio entre las galaxias, de modo que incluso partículas absorbibles, como los protones y los fotones, pueden viajar por término medio distancias mayores antes de chocar contra la materia y ser absorbidas. Esta es otra razón de que cada año sea menor la energía absorbida por las estrellas en comparación con la emitida, porque hace falta una cantidad extra de energía para llenar ese espacio adicional, producido por la expansión, con partículas energéticas y hasta entonces no absorbidas. Esta última razón es suficiente por sí misma. Mientras el universo siga en expansión,
continuará
Naturalmente,
cuando
enfriándose. el
universo
comience a contraerse de nuevo (suponiendo que lo haga) la situación será
la
inversa
calentarse otra vez.
y
empezará
a
Novas y supernovas Antes de la era de la astronomía, a una estrella que aparecía súbitamente donde antes no se había visto nada, se le llamaba nova, o "estrella nueva". Éste es un nombre inapropiado, ya que estas estrellas existían mucho antes de que se pudieran ver a simple vista. Los astrónomos consideran que quizá existan una docena de novas en la Vía Láctea, la galaxia de la Tierra, cada año, pero dos o tres de ellas están demasiado lejos para poder verlas o las oscurece la materia interestelar. En efecto, a las novas se las observa con más facilidad en otras galaxias cercanas que en la nuestra. Se les llama novas de acuerdo con el año de su aparición y la constelación en la que surgen. De forma característica, una nova incrementa en varios miles de veces su brillo original en cuestión de días o de horas. Después entra en un periodo de transición, durante el cual palidece, y cobra brillo de nuevo; a partir de ahí palidece poco a poco hasta llegar a su nivel original de brillo. Las novas son estrellas en un periodo tardío de evolución. Se puede considerar que son un tipo de estrellas variables. En apariencia se comportan así porque sus capas exteriores han formado un exceso de helio mediante reacciones nucleares y se expande con demasiada velocidad como para ser contenida. La estrella despide de forma explosiva una pequeña fracción de su masa como una capa de gas y entonces se normaliza. La estrella restante es típicamente una enana blanca y por lo general se cree que es el miembro más pequeño de un sistema binario, sujeto a una continua disminución de materia de la estrella más grande. Quizá este fenómeno suceda siempre con las novas enanas, que surgen una y otra vez a intervalos regulares de unos cientos de días. Las novas en general muestran una relación entre su máximo brillo y el tiempo que tardan en palidecer en una cierta cantidad de magnitudes. Mediante mediciones de las novas más cercanas de las que conocemos la distancia y el brillo, los astrónomos pueden utilizar las novas de otras galaxias como indicadores de la distancia de esas galaxias. La explosión de una supernova es mucho más espectacular y destructiva que la de una nova y mucho más rara. Estos fenómenos son poco frecuentes en nuestra galaxia, y a pesar de su aumento de brillo en un factor de miles de millones, sólo unas pocas se pueden observar a simple vista. Hasta 1987 sólo se habían identificado realmente tres a lo largo de la historia, la más
conocida de las cuales es la que surgió en 1054 d. C. y cuyos restos se conocen como la nebulosa del Cangrejo. Las supernovas, al igual que las novas, se ven con más frecuencia en otras galaxias. Así pues, la supernova más reciente, que apareció en el hemisferio sur el 24 de febrero de 1987, surgió en una galaxia satélite, la Gran Nube de Magallanes. Esta supernova, que exhibe algunos rasgos insólitos, es hoy objeto de un intenso estudio astronómico.
Los mecanismos que producen las supernovas se conocen menos que los de las novas, sobre todo en el caso de las estrellas que tienen más o menos la misma masa que el Sol, las estrellas medias. Sin embargo, las estrellas que tienen mucha más masa explotan a veces en las últimas etapas de su rápida evolución como resultado de un colapso gravitacional, cuando la presión creada por los procesos nucleares dentro de la estrella ya no puede soportar el peso de las capas exteriores. A esto se le denomina supernova de Tipo II. Una supernova de Tipo I se origina de modo similar a una nova. Es un miembro de un sistema binario que recibe el flujo de combustible puro al capturar material de su compañero. De la explosión de una supernova quedan pocos restos, salvo la capa de gases que se expande. Un ejemplo famoso es la nebulosa del Cangrejo; en su centro hay un púlsar, o estrella de neutrones que gira a gran velocidad. Las supernovas
son
contribuyentes
significativos al material interestelar que forma nuevas estrellas.
Nebulosas Una nebulosa es una nube de gas o polvo en el espacio. Las nebulosas pueden ser oscuras o, si se iluminan por estrellas cercanas o estrellas inmersas en ellas, pueden ser brillantes. Generalmente son lugares donde se produce la formación de estrellas y discos planetarios, por lo que se suelen encontrar en su seno estrellas muy jóvenes. Existe gran variedad de nebulosas acompañando a las estrellas en todas las etapas de su evolución. La gran mayoría corresponden a nubes gaseosas de hidrógeno y helio
que
experimentan
un
proceso
de
contracción
gravitatoria hacia un estado de protoestrella. Así, las llamadas nebulosas capullo cuentan en su interior cuentan con una estrella recién formada. La nebulosa no es, en este caso, sino los restos de gas que no ha colapsado. El gas en cuestión, que puede, mediante colisiones atómicas, formar moléculas y pequeñas partículas sólidas de mayor o menor complejidad, se calienta por la radiación emitida por la nueva estrella lo suficiente como para enmascarar su presencia, y lo que se observa es una imagen parecida a la de un capullo de oruga. Otro tipo de nebulosas, llamados glóbulos de Bok, son nubes de gas muy condensado, en vías de formar una protoestrella. Se revelan, cuando están situadas sobre un fondo claro, como por ejemplo la Galaxia, como un oscurecimiento del fondo, por ejemplo la nebulosa llamada Saco de carbón, junto a la constelación Cruz del Sur, y la nebulosa llamada de Cabeza de caballo, una de las más famosas. Los llamados objetos de Herbig-Haro son nebulosas pequeñas, variables, que aparecen y desaparecen en un periodo de pocos años, que parecen consistir en grumos de materia gaseosa eyectados en los polos de una estrella en formación, principalmente en la fase de capullo. Su luminosidad se produce por colisión con la nube circundante de gas, pues producen una característica onda de choque debido a la gran velocidad con que se expulsan. Otro tipo de nebulosas, con una composición química rica en elementos químicos pesados (helio, carbono y nitrógeno principalmente) son restos de materia estelar expulsada por las estrellas gigantes y supergigantes a gran velocidad (1000 Km/s) en un tipo de estrellas llamadas de WolfRayet. semejantes a éstas se producen también en las últimas etapas estelares, tras la formación de novas y supernovas.
A las nebulosas planetarias se les llama así porque muchas de ellas se parecen a los planetas cuando son observadas a través de un telescopio, aunque de hecho son capas de material de las que se desprendió una estrella evolucionada de masa media durante su última etapa de evolución de gigante roja antes de convertirse en enana blanca. La nebulosa del Anillo, en la constelación de Lira, es una planetaria típica que tiene un periodo de rotación de 132.900 años y una masa de unas 14 veces la masa del Sol. En la Vía Láctea se han descubierto varios miles de nebulosas planetarias. Más espectaculares, pero menores en número, son los fragmentos de explosiones de supernovas, y quizás la más famosa de éstas sea la nebulosa del Cangrejo. Las nebulosas de este tipo son radiofuentes intensas, como consecuencia de las explosiones que las formaron y los probables restos de púlsares en que se convirtieron las estrellas originarias.
¿Qué son los pulsares? En el verano de 1967, Anthony Hewish y sus colaboradores de la Universidad de Cambridge detectaron, por accidente, emisiones de radio en los cielos que en nada se parecían a las que se habían detectado hasta entonces. Llegaban en impulsos muy regulares a intervalos de sólo 1 1/3 segundos. Para ser exactos, a intervalos de 1, 33730109 segundos. La fuente emisora recibió el nombre de «estrella pulsante» o «pulsar» en abreviatura (pulsating star en inglés). Durante los dos años siguientes se descubrieron un número bastante grande de tales pulsares, y el lector seguramente se preguntará por qué no se descubrieron antes. El caso es que un pulsar radia mucha energía en cada impulso, pero estos impulsos son tan breves que por término medio la intensidad de radioondas es muy baja, pasando inadvertida. Es más, los astrónomos suponían que las fuentes de radio emitían energía a un nivel constante y no prestaban atención a los impulsos intermitentes. Uno de los pulsares más rápidos fue el que se encontró en la nebulosa del Cangrejo, comprobándose que radiaba en la zona visible del espectro electromagnético. Se apagaba y se encendía en perfecta sincronización con los impulsos de radio. Aunque había sido observado muchas veces, había pasado hasta entonces por una estrella ordinaria. Nadie pensó jamás en observarlo con un aparato de detección lo bastante delicado como para demostrar que guiñaba treinta veces por segundo. Con pulsaciones tan rápidas, la luz parecía constante, tanto para el ojo humano como para los instrumentos ordinarios. ¿Pero qué es un pulsar? Si un objeto emite energía a intervalos periódicos es que está experimentando algún fenómeno de carácter físico en dichos intervalos. Puede ser, por ejemplo, un cuerpo que se está expandiendo y contrayendo y que emite un impulso de energía en cada contracción. O podría girar alrededor de su eje o alrededor de otro cuerpo y emitir un impulso de energía en cada rotación o revolución. La dificultad estribaba en que la cadencia de impulsos era rapidísima, desde un impulso cada cuatro segundos, a uno cada 1/30 de segundo. El pulsar tenía que ser un cuerpo muy caliente, pues si no, no podría emitir tanta energía; y, además, tenía que ser un cuerpo muy pequeño, porque de lo contrario, no podría hacer nada con esa increíble velocidad.
Los cuerpos calientes más pequeños que habían observado los científicos eran las estrellas enanas blancas. Estas pueden llegar a tener la masa de nuestro sol, son tanto o más calientes que él y, sin embargo, no son mayores que la Tierra. ¿Podría ser que esas enanas blancas produjesen impulsos al expandirse y contraerse o al rotar? ¿O se trataba de dos enanas blancas girando una alrededor de la otra? Pero por muchas vueltas que le dieron los astrónomos al problema no conseguían entender que las enanas blancas se movieran con suficiente rapidez. En cuanto a objetos aún más pequeños, los astrónomos habían previsto teóricamente la posibilidad de que una estrella se contrajera brutalmente bajo la atracción de la gravedad, estrujando los núcleos atómicos unos contra otros. Los electrones y protones interaccionarían y formarían neutrones, y la estrella se convertiría en una especie de gelatina de neutrones. Una «estrella de neutrones» como ésta podría tener la misma masa que el Sol y medir sin embargo sólo diez millas de diámetro.
Ahora bien, jamás se había observado una estrella de neutrones, y siendo tan pequeñas se temía que aunque existiesen no fueran detectables. Con todo, un cuerpo tan pequeño sí podría girar suficientemente rápido para producir los impulsos. En ciertas condiciones los electrones sólo podrían escapar en ciertos puntos de la superficie. Al girar la estrella de neutrones, los electrones saldrían despedidos como el agua de un aspersor; en cada vuelta habría un momento en que el chorro apuntase en dirección a la Tierra, haciéndonos llegar ondas de radio y luz visible. Thomas Gold, de la Universidad Cornell, pensó que, en ese supuesto, la estrella de neutrones perdería energía y las pulsaciones se irían espaciando cada vez más, cosa que resultó ser cierta. Hoy día parece muy probable que los pulsares sean esas estrellas de neutrones que los astrónomos creían indetectables.
¿Qué es un agujero negro? Para entender lo que es un agujero negro empecemos por una estrella como el Sol. El Sol tiene un diámetro de 1.390.000 kilómetros y una masa 330.000 veces superior a la de la Tierra. Teniendo en cuenta esa masa y la distancia de la superficie al centro se demuestra que cualquier objeto colocado sobre la superficie del Sol estaría sometido a una atracción gravitatoria 28 veces superior a la gravedad terrestre en la superficie. Una estrella corriente conserva su tamaño normal gracias al equilibrio entre una altísima temperatura central, que tiende a expandir la sustancia estelar, y la gigantesca atracción gravitatoria, que tiende a contraerla y estrujarla. Si en un momento dado la temperatura interna desciende, la gravitación se hará dueña de la situación. La estrella comienza a contraerse y a lo largo de ese proceso la estructura atómica del interior se desintegra. En lugar de átomos habrá ahora electrones, protones y neutrones sueltos. La estrella sigue contrayéndose hasta el momento en que la repulsión mutua de los electrones contrarresta cualquier contracción ulterior.
La estrella es ahora una «enana blanca». Si una estrella como el Sol sufriera este colapso que conduce al estado de enana blanca, toda su masa quedaría reducida a una esfera de unos 16.000 kilómetros de diámetro, y su gravedad superficial (con la misma masa pero a una distancia mucho menor del centro) sería 210.000 veces superior a la de la Tierra. En determinadas condiciones la atracción gravitatoria se hace demasiado fuerte para ser contrarrestada por la repulsión electrónica. La estrella se contrae de nuevo, obligando a los electrones y protones a combinarse para formar neutrones y forzando también a estos últimos a apelotonarse en estrecho contacto. La estructura neutrónica contrarresta entonces cualquier ulterior contracción y lo que tenemos es una «estrella de neutrones», que podría albergar toda la masa de nuestro sol en una esfera de sólo 16 kilómetros de diámetro. La gravedad superficial sería 210.000.000.000 veces superior a la que tenemos en la Tierra. En ciertas condiciones, la gravitación puede superar incluso la resistencia de la estructura neutrónica. En ese caso ya no hay nada que pueda oponerse al colapso. La estrella puede contraerse hasta un volumen cero y la gravedad superficial aumentar hacia el infinito.
Según la teoría de la relatividad, la luz emitida por una estrella pierde algo de su energía al avanzar contra el campo gravitatorio de la estrella. Cuanto más intenso es el campo, tanto mayor es la pérdida de energía, lo cual ha sido comprobado experimentalmente en el espacio y en el laboratorio.
La luz emitida por una estrella ordinaria como el Sol pierde muy poca energía. La emitida por una enana blanca, algo más; y la emitida por una estrella de neutrones aún más. A lo largo del proceso de colapso de la estrella de neutrones llega un momento en que la luz que emana de la superficie pierde toda su energía y no puede escapar. Un objeto sometido a una compresión mayor que la de las estrellas de neutrones tendría un campo gravitatorio tan intenso, que cualquier cosa que se aproximara a él quedaría atrapada y no podría volver a salir. Es como si el objeto atrapado hubiera caído en un agujero infinitamente hondo y no cesase nunca de caer. Y como ni siquiera la luz puede escapar, el objeto comprimido será negro. Literalmente, un «agujero negro». Hoy día los astrónomos están
encontrando
pruebas de la existencia de agujeros negros en distintos universo
lugares
del