XV. ALGUNOS DESCUBRIMIENTOS RECIENTES
LA ASTRONOM�A no se ha quedado estacionaria en su acervo de conocimientos. Todo lo contrario, a�o con a�o, se hacen nuevos descubrimientos que ampl�an nuestra concepci�n del Universo. En este cap�tulo describimos someramente algunos de los resultados recientes de mayor relevancia.
1) Los hoyos negros s� tienen emisiones
Uno de los conceptos te�ricos m�s importantes de nuestro tiempo es el de los hoyos negros. La teor�a de la relatividad general predice que si compactamos la masa de un objeto m�s y m�s, con el tiempo alcanzaremos un radio para el cual la atracci�n gravitacional en la superficie del objeto es tan grande que ni aun la luz podr�a escapar de ellos. Para un objeto con la masa de la Tierra este radio cr�tico (llamado radio de Schwarzchild) es de s�lo 0.9 cm. Como es imposible para la tecnolog�a actual el crear un hoyo negro en el laboratorio, se les ha tratado de detectar en distintas partes del Cosmos, donde cierto tipo de fen�menos que involucran energ�as astron�micas podr�an crear hoyos negros. Por ejemplo, se cree que las explosiones estelares llamadas supernovas podr�an comprimir la parte central de una estrella hasta formar un hoyo negro.
�Han finalmente detectado los astr�nomos un hoyo negro m�s all� de toda duda? Esta es una pregunta muy dif�cil de contestar. Existen observaciones de ciertas regiones del Universo en donde se cree que existen hoyos negros, pero la evidencia no es concluyente a�n. Como hemos dicho, se cre�a hasta hace poco que los hoyos negros no emit�an ning�n tipo de radiaci�n y por lo tanto habr�a que probar su existencia indirectamente por los efectos de atracci�n gravitacional que producir�an sobre estrellas o nubes gaseosas que estuviesen cerca de ellos. El sistema estelar binario con emisi�n de rayos X llamado Cisne-X, es uno de los mejores candidatos, pues se cree que uno de los dos objetos que lo forman es un hoyo negro con una masa varias veces mayor que la de nuestro Sol.
Tambi�n se cree que el centro de nuestra Galaxia alberga un hoyo negro supermasivo, con millones de veces la masa del Sol. Esto se ha deducido a partir de las grandes velocidades de rotaci�n de las nubes gaseosas que existen a su alrededor. Se ha propuesto tambi�n que un hoyo negro a�n m�s masivo, con miles de millones de veces la masa del Sol, existe en el centro de la galaxia eruptiva M 87. Existen muchas galaxias que al ser observadas en las frecuencias de radio muestran chorros de plasma que son eyectados desde su n�cleo. La causa de esta actividad tambi�n ha sido atribuida a un hoyo negro supermasivo. Todas estas evidencias son indirectas puesto que el hoyo negro, en caso de existir, no posee (se dec�a) emisi�n caracter�stica alguna.
En 1974 y para sorpresa general, el f�sico ingl�s S. W. Hawking demostr� en una serie de trabajos ya cl�sicos, que en realidad los hoyos negros s� tienen una emisi�n caracter�stica. Su resultado se basa en la aplicaci�n de la mec�nica cu�ntica a las predicciones de la relatividad general. Cuando aqu�lla no se toma en cuenta, las part�culas y la radiaci�n no pueden escapar del hoyo negro. Sin embargo, de acuerdo con la mec�nica cu�ntica, en una regi�n en que hay fuerzas tan intensas, la probabilidad de creaci�n de pares de part�culas no es despreciable. El fen�meno de creaci�n de pares, predicho por Dirac en 1931 como la producci�n de un electr�n y un positr�n a partir de la radiaci�n electromagn�tica, sin dejar de seguir siendo sorprendente, es un fen�meno muy familiar para los f�sicos dedicados al estudio de las part�culas elementales. Las condiciones en que se encuentra el espacio en la superficie de un hoyo negro favorecen la creaci�n de part�culas que originan la emisi�n caracter�stica de este objeto.
�Podremos en el futuro detectar directamente a los hoyos negros por medio de su emisi�n de part�culas? Al parecer no, porque ella es debil�sima y se confunde con la emisi�n de los muchos otros objetos "normales" que pueblan el Universo. Aunque parezca parad�jico, las teor�as predicen que los hoyos negros que emiten m�s intensamente son los m�s peque�os. Mientras m�s emiten, m�s masa pierden y m�s peque�os se hacen. Si durante la Gran Explosi�n en la que se origin� el Universo se crearon hoyos negros de todos los tama�os, es posible predecir que los que originalmente tuvieron una masa de 1015 gramos (similar a la masa de un asteroide) son los que estar�an emitiendo m�s intensamente en el presente. De hecho, �ste efecto de transformaci�n de masa en energ�a es catastr�fico y el hoyo negro acabar�a su vida emitiendo un pulso de rayos gamma. Se han hecho experimentos buscando recibir estos pulsos y hasta ahora no se han detectado.
2) Expansiones superlum�nicas en los n�cleos de los cuasares
Como sabe todo f�sico, la velocidad de la luz (300 000 kil�metros por segundo) no puede ser alcanzada, mucho menos excedida, por los cuerpos del mundo real. A principios de la d�cada de los setentas, varios grupos de radioastr�nomos comenzaron a estudiar los n�cleos de los misteriosos cuasares usando las poderosas t�cnicas de la interferometr�a de base muy larga. Esta t�cnica consiste en el uso simult�neo de varios radiotelescopios distribuidos sobre vastas �reas geogr�ficas, y permite obtener mapas de la emisi�n de objetos de peque��simas dimensiones angulares.
Un resultado muy importante se obtuvo al realizar mapas de un mismo cuasar en distintas �pocas y compararlos luego. Los cuasares tienen erupciones en las que su brillo aumenta considerablemente. Se encontr� que estas erupciones van acompa�adas de la eyecci�n de dos o m�s nubes de plasma que se expanden respecto al centro del cuasar. Se encontr� que estas nubes se expanden a velocidades que exceden la de la luz, t�picamente de 5 a 10 veces.
Pero no hay por qu� alarmarse y comenzar a buscar una alternativa a la teor�a de la relatividad. Varios ingeniosos astrof�sicos han demostrado que estos efectos podr�an ser s�lo aparentes, o sea una especie de ilusi�n �ptica. Los diversos modelos propuestos involucran efectos de velocidad de fase. Estos efectos son similares a los que ocurren cuando una ola rompe al llegar a la orilla del mar. La formaci�n de espuma se propaga rapid�simo, a velocidades mucho mayores que la de la ola en s�. Pero, por otra parte, ninguno de los varios modelos ha sido aceptado por la generalidad de los astr�nomos y estas expansiones aparentemente superlum�nicas siguen siendo uno de los misterios m�s importantes de la astronom�a contempor�nea.
3) Mol�culas complejas en el espacio interestelar
Los vastos espacios que existen entre las estrellas no se encuentran totalmente vac�os sino que los llena un tenue gas interestelar. Este gas se halla a su vez permeado por energ�ticas radiaciones ultravioletas capaces de destruir los lazos qu�micos de las mol�culas. Se cre�a pues que s�lo los resistentes �tomos podr�an subsistir en un medio tan inh�spito. Sin embargo, los setentas presenciaron el descubrimiento de complejas y delicadas mol�culas en las llamadas nubes moleculares. El gas interestelar es muy inhomog�neo y se conglomera en nubes de a�os-luz de di�metro que por sus condiciones f�sicas son un criadero de mol�culas complejas. Las partes centrales de estas grandes nubes moleculares se hallan escudadas de la destructiva radiaci�n ultravioleta por el material de su periferia. En los n�cleos de estas nubes se han descubierto m�s de 50 mol�culas, algunas muy pesadas como el cianodiacetileno (HC5N). Es muy sugerente el que sea tambi�n en estas nubes moleculares donde se forman las nuevas estrellas, algunas de las cuales muy posiblemente tendr�n planetas en los que quiz� aparezca la forma m�s compleja de la organizaci�n de la materia: la vida. Parecer�a que la naturaleza se organiza en secuencias de mayor complejidad al ir del sencillo medio interestelar a las nubes moleculares y finalmente a estrellas y planetas.
Nuestro conocimiento de los planetas y sat�lites que forman el sistema planetario del Sol se ha visto grandemente acrecentado con los datos proporcionados por las sondas espaciales enviadas por los Estados Unidos y la Uni�n Sovi�tica. Particularmente impactante fue el descubrimiento hecho en marzo de 1979 por el veh�culo espacial Viajero 1 de la existencia de volcanes activos en �o, uno de los sat�lites de J�piter. Cuatro meses despu�s un segundo veh�culo, Viajero II, estudi� este fen�meno en m�s detalle. De los catorce sat�lites que se le conocen a J�piter, probablemente sea �o, el de caracter�sticas m�s peculiares. Hace quince a�os se descubri� que las emisiones a longitudes decam�tricas de radio que J�piter emite espor�dicamente ocurr�an, en general, cuando \315o se encontraba formando un �ngulo recto respecto a la l�nea Tierra-J�piter. Generalmente se cree que estas emisiones se deben a que lo perturba a la magnetosfera de J�piter (en la que �o se encuentra embebido) y que esto crea inestabilidades el�ctricas que a su vez originan radiaci�n de radio. Las emisiones son m�s fuertes en direcciones paralelas al movimiento de �o y esta caracter�stica geom�trica hace que se les detecte m�s com�nmente cuando �o se halla formando un �ngulo recto respecto a J�piter, o sea cuando su movimiento orbital es paralelo a la l�nea de visi�n de la Tierra a J�piter.
El descubrimiento de vulcanismo activo indica que, adem�s de la Tierra, existen otros cuerpos en el Sistema Solar que tienen una superficie din�mica y cambiante. La atm�sfera terrestre, con sus procesos asociados como la erosi�n y la sedimentaci�n, da a la Tierra un tratamiento facial que mantiene su superficie aparentemente joven, puesto que paulatinamente hace desaparecer a los cr�teres meteor�ticos antiguos. Algo similar debe ocurrir en �o, puesto que las fotos de los Viajeros 1 y II no muestran ning�n cr�ter del tipo meteor�tico. Esto implica que la superficie de �o cambia y se rejuvenece en periodos del orden de s�lo millones de a�os. En contraste, Ganimedes, otro de los sat�lites de J�piter, debe de tener una superficie pr�cticamente est�tica puesto que se halla cubierto de cr�teres creados por impactos meteor�ticos.
5) �Se form� nuestro Sistema Solar debido a la explosi�n de una supernova?
Se cree que cuando se form� nuestro Universo hace 15 mil millones de a�os, casi toda la materia se hallaba en la forma de los elementos hidr�geno y helio. As�, cuando se formaron las galaxias y en ellas las primeras estrellas, no hab�a condiciones para la aparici�n de la vida porque �sta requiere de muchos otros elementos qu�micos como carb�n, nitr�geno, ox�geno, etc. Afortunadamente, las estrellas m�s masivas de aquella primera generaci�n de estrellas debieron haber terminado su vida en una explosi�n de supernova. El gas eyectado en esta explosi�n es muy importante puesto que es muy rico en los elementos qu�micos necesarios para la formaci�n de planetas de tipo terrestre (silicio, aluminio, hierro, etc.), as� como para la aparici�n de la vida (carbono, nitr�geno, ox�geno, etc.). Este gas se mezcla con el gas interestelar, de modo que para cuando se formaron nuevas estrellas ya exist�an las condiciones para que se formasen planetas terrestres y quiz� vida. Es por esto que siempre se ha cre�do que las supernovas estaban relacionadas indirectamente con la formaci�n de nuevos sistemas solares.
Recientemente, an�lisis qu�micos del meteorito Allende sugieren que esta relaci�n entre supernovas y sistemas solares es mucho m�s estrecha de lo cre�do. El famoso meteorito Allende es llamado as� porque cay� en 1969 cerca del pueblito de Allende, Chihuahua. En �l se ha detectado un exceso del is�topo magnesio-26 que s�lo se puede explicar proponiendo que cuando el meteorito se solidific� ten�a aluminio-26 entre sus componentes. Lo importante de esto es que el aluminio-26 es un is�topo con una vida media relativamente corta (700 000 a�os) que decae hasta formar el magnesio-26. La presencia de un exceso de magnesio-26 en el meteorito Allende implica que hubo una explosi�n de supernova que inyect� elementos qu�micos en una nube de gas interestelar y que antes de que el aluminio-26 decayera se solidific� en los meteoritos. Inclusive se ha propuesto que fue precisamente esta explosi�n de supernova la que caus� que un fragmento de nube gaseosa se colapsara para formar el Sistema Solar. En otras partes de nuestra Galaxia se ha encontrado evidencia de que cuando el gas eyectado por una supernova choca con nubes de gas interestelar, este gas es comprimido y en ciertos casos quiz� se ha colapsado gravitacionalmente formando nuevas estrellas. Si esta teor�a es correcta, concluir�amos que la muerte de las viejas estrellas causa el nacimiento de otras nuevas.
6) Flujos bipolares en regiones de formaci�n estelar
En 1980 dos grupos de radioastr�nomos detectaron, durante sus estudios de regiones de formaci�n estelar, un nuevo tipo de fen�meno inesperado. Uno de los grupos estaba encabezado por Ronald Snell de la Universidad de Texas y el otro por m�, que ya entonces laboraba para el Instituto de Astronom�a de la UNAM. El fen�meno consiste en lo siguiente. Alrededor de las estrellas j�venes se detectan dos nubes de gas que se alejan de la estrella en forma antiparalela. A este fen�meno se le bautiz�, por su geometr�a, como un flujo bipolar. En la actualidad se conocen unos 50 casos de flujos bipolares.
�Por qu� son importantes los flujos bipolares? A primera aproximaci�n, uno espera que cualquier material eyectado por una estrella salga en todas las direcciones, o sea con una geometr�a isotr�pica. �Por qu� los flujos bipolares s�lo se alejan de la estrella en dos direcciones? La respuesta tentativa que se ha dado a esta pregunta es que alrededor de las estrellas j�venes existe un disco de gas que detiene a las eyecciones de la estrella en su plano. Las eyecciones s�lo pueden salir por los polos del disco, form�ndose un flujo bipolar.
La posible existencia de un disco alrededor de las estrellas j�venes es importante porque se cree que esta situaci�n ocurri� para nuestro Sol poco despu�s de su formaci�n. Este disco hipot�tico es muy interesante porque de �l se podr�an formar posteriormente los planetas. Con el avance en la capacidad de la instrumentaci�n astron�mica ha sido ya posible confirmar que existen discos alrededor de al menos algunas estrellas j�venes. La especulaci�n es que en el futuro se formar�n planetas a partir de estos discos. Todav�a no se ha podido detectar de manera definitiva un planeta en otra estrella, pero estos discos bien podr�an constituir las estructuras precursoras de los planetas.
Uno de los postulados fundamentales de la astronom�a es que el Universo es homog�neo. Por esto, entendemos que si tomamos un volumen de espacio lo suficientemente grande, vemos m�s o menos lo mismo independientemente de donde estemos colocados. En el Centro de Astrof�sica de la Universidad de Harvard y el Instituto Smithsoniano se ha trabajado intensivamente para determinar c�mo est�n distribuidas en el espacio las galaxias. Para esto, primero se determina la posici�n de la galaxia en el cielo, o sea en dos dimensiones. Luego se mide la velocidad de alejamiento de la galaxia en cuesti�n y, usando la ley de Hubble, se determina la distancia a la galaxia, o sea su tercera dimensi�n. Con estos datos es posible construir una maqueta tridimensional del Universo. El primer resultado que se obtiene es conocido hace muchos a�os; las galaxias est�n agrupadas en c�mulos. El nuevo resultado que obtuvieron los investigadores del Centro de Astrof�sica fue sorprendente y a�n no tiene explicaci�n. Resulta que los c�mulos de galaxias no est�n distribuidos al azar en el espacio, sino que forman enormes filamentos, de dimensiones demasiado grandes para ser explicadas por cualquiera de las teor�as disponibles. Se cree que estos filamentos son consecuencia de las condiciones f�sicas que existieron en el Universo joven. Pero la explicaci�n precisa de su existencia no ha sido encontrada a�n.
