Presentación del artículo "Questionable black hole"
Traducción francesa:
Dudas sobre la existencia de los agujeros negros.
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Autores:
Jean-Pierre Petit, Observatorio de Marsella Pierre Midy, CRI d'Orsay.
Este trabajo representa el resultado de diez años de esfuerzos. Desde hace 30 años, los astrofísicos solo tienen una palabra en la boca: "agujeros negros". La palabra fascina al público general. Muchos libros han sido dedicados al tema. Sin embargo, las confirmaciones observacionales faltan: los agujeros negros "brillan por su ausencia". Sin embargo, se sabe que el cosmos es vasto. Nuestra única galaxia contiene al menos 100 a 200 mil millones de estrellas.
La existencia de ciertos objetos ha sido revelada por la observación, como por ejemplo la de los cuásares. Ahora se conocen más de cuatro mil. Esto no quiere decir que sepamos exactamente qué son estos objetos, cómo se forman, cómo evolucionan y cuál es su duración de vida. En realidad, no sabemos nada sobre ellos. Simplemente están catalogados, como antaño las "nebulosas", en tiempos del astrónomo Messier.
Aparentemente, algunos cuásares habitan en el centro de formaciones con forma de galaxia. Estas galaxias, por lo tanto, tienen "un núcleo activo", lo cual quiere decir todo y nada a la vez, ya que no sabemos la naturaleza de esta actividad, por ejemplo, cuál es la fuente de energía.
La astrofísica contemporánea parece conformarse con poco. A la pregunta
- ¿Qué es un cuásar?
El astrofísico responderá:
- Es el núcleo de una galaxia activa.
Y a la pregunta:
- ¿Qué es una galaxia activa?
Él responderá:
- Es una galaxia que posee un cuásar en su centro.
Hace unos años, se descubrieron los "destellos gamma", a razón de uno por día. La revista Ciel et Espace tituló un día, en portada "Los destellos gamma: un enigma finalmente resuelto". Respuesta, en las columnas del periódico: acababan de localizar una pequeña mancha brillante en lugar de un destello gamma que acababa de ser detectado. Entonces, entender: resolver un enigma consiste en saber que las zonas del cielo que emiten estos destellos también emiten luz...
¿No es un poco... pobre?
Inversamente, existen otros objetos cuya existencia fue conjeturada, a menudo con bastante precisión, antes incluso de que fueran observados. El ejemplo típico es la supernova, descrita ya en 1931 por el astrofísico estadounidense (de origen suizo) Fritz Zwicky, durante una conferencia famosa dada en el Caltech, EE.UU. Zwicky explicó entonces que las estrellas suficientemente masivas, cuya masa superaría, digamos, veinte masas solares, deberían conocer una final paroxística, con un aumento en régimen en apenas unos días, el fenómeno completo extendiéndose durante una veintena de días. Fue una predicción bastante notable, aunque no fue tomada en serio en esa época. Pero Zwicky, tenaz, descubrió las primeras supernovas. Actualmente se cuentan varias cientos. Lo mismo ocurre con las estrellas de neutrones, identificadas posteriormente con los pulsares (estrellas de neutrones en rotación) y las enanas blancas. Allí también el bestiario, la especie cuenta con varias cientos de individuos identificados.
El agujero negro fue propuesto como respuesta a un problema: el destino de una estrella de neutrones que exceda cierta "masa crítica". Estas estrellas de neutrones, debidamente identificadas, se parecerían a enormes núcleos atómicos, sin protones. ¿Por qué estos objetos están constituidos únicamente de neutrones?
Se considera a la estrella de neutrones como lo que queda del núcleo de hierro de una estrella masiva, después de que haya explotado. Una estrella masiva es una estrella donde ocurren muchos tipos de reacciones de fusión durante su historia. Finalmente, produce hierro, que ya no puede participar en ninguna reacción de fusión exoenergética. Este hierro, pesado, cae entonces al centro de la estrella, como la ceniza en un hogar. Cuando la estrella repentinamente se queda sin combustible de fusión (lo que había comprendido Zwicky), cae sobre sí misma a 80.000 kilómetros por segundo (a unos kilómetros por segundo, por supuesto). Al caer sobre el núcleo de hierro, este gas se comprime fuertemente. No solo rebota sobre él, sino que durante el paso ocurren muchas reacciones de fusión que ya no necesitan ser exoenergéticas, ya que la energía proviene entonces de la contracción brusca de la estrella sobre sí misma. Todas las especies nucleares posibles e imaginables se crean entonces, incluyendo muchos átomos radiactivos, con duraciones de vida muy variadas. Se sabe que en 1987 la observación de la explosión de la estrella Sanduleak, en la nube de Magallanes, aportó una confirmación definitiva de la existencia de tales fenómenos (a solo 150.000 años luz de distancia).
El fenómeno aplasta completamente el núcleo de hierro deshaciendo sus átomos. Entonces, se encuentra tan comprimido sobre sí mismo que los electrones ya no tienen suficiente espacio para moverse entre los nucleones. Prisioneros, se combinan entonces con los protones dando neutrones y neutrinos.
Normalmente, cuando se comprime un gas, un fenómeno llamado presión se opone a esta compresión. Esto también es válido para un líquido o un sólido (todo es compresible). Esto ocurre, por ejemplo, cuando una joven estrella nace. La protoestrella es una masa de gas que se comprime sobre sí misma. Pero se calienta y la fuerza de presión limita su contracción. Es un pobre radiador y tendrá que perder energía por radiación (infrarrojo) antes de poder comprimirse lo suficiente para convertirse en una verdadera estrella. A menos que su masa sea insuficiente, en cuyo caso se convertirá en "un gran Júpiter" (este planeta gigante sigue radiando más energía de la que recibe del Sol, pero nunca se convertirá en una estrella).
Cuando la explosión de la supernova comprime el núcleo de hierro, este libera su energía emitiendo una fantástica cantidad de ... neutrinos. Allí, el escenario cambia por completo: el enfriamiento radiativo es instantáneo, ya que los neutrinos escapan sin dificultad. Por lo tanto, no hay fuerza de contrapresión. El trozo de hierro se destruye lamentablemente. Queda un montón de neutrones, apretados unos contra otros, como japoneses en su metro en horas pico.
¿Por qué una masa crítica? Porque los neutrones no pueden soportar una presión superior a un valor máximo. Como bombillas eléctricas apiladas en un pozo de mina. Más allá de cierta altura de bombillas, el vidrio se rompe y un nube de vidrio roto se derrumba al fondo del pozo.
Cuando una estrella de neutrones tiene una masa que excede un poco más de dos veces la masa del Sol, su presión en el núcleo se vuelve demasiado fuerte. Los neutrones ya no pueden soportarla. Entonces, se supone que se colapsa sobre sí misma sin que ningún fenómeno físico conocido pueda contrarrestar este colapso, este "colapso gravitacional". Perspectiva angustiante para un físico.
Antes incluso de que imploda, una estrella de neutrones es "relativista", en oposición a un "objeto newtoniano". Esto se traduce en la forma de las trayectorias de "partículas testigo" cercanas (una masa m cualquiera, un átomo, por ejemplo). Se sabe que el fenómeno de curvatura del espacio-tiempo conlleva una precesión de la órbita elíptica de Mercurio. Pero esta precesión es mínima. Por otro lado, el dibujo siguiente, extraído de cálculos en ordenador, muestra la fuerte precesión de una trayectoria casi elíptica aut...