Ciencias

Agujeros negros, esos nobles de la física de 2020

El martes 6 de octubre, Göran Hansson, secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, anunció que el Premio Nobel de Física 2020 fue para los objetos más oscuros del universo: los agujeros negros.

El martes 6 de octubre, Göran Hansson, secretario general de la Real Academia de Ciencias de Suecia, anunció en voz alta, clara y comprensible (aunque en sueco) que el Premio Nobel de Física 2020 era para los objetos más oscuros del universo: agujeros negros y luego exclamó; «Y los ganadores son: Roger Penrose, Andrea Ghez y Reinhard Gentzel …»

¿Quién es Roger y qué hizo para ganar la mitad del Premio Nobel de Física? ¿Y quiénes son Andrea y Reinhard y qué hicieron para la segunda mitad del prestigioso premio que merecían? ¿Y cuáles son estos objetos míticos entre físicos y astrofísicos?

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Comencemos diciendo que el Nobel 2020 se caracteriza por un objetivo de equilibrio. Le dieron a una mujer, solo una cuarta parte de los más de 200 premios otorgados por el Premio Nobel de Física, lo que ilustra el desequilibrio y el sesgo de género en el comité, y dos de cada cuatro lo han sido en los últimos dos años, en 2018 Donna Strickland y ahora Andrea Ghez. Parece que el Comité Nobel está preocupado por corregir la desigualdad histórica de género, y esa es una buena noticia.

Además, el premio equilibra el enfoque teórico y los hallazgos de los agujeros negros. Es esta virtuosa variación entre teoría y observación la responsable de la presencia de agujeros negros en círculos académicos y redes que tanto impacto tienen desde 2016. Ese año, el Observatorio LIGO anunció la detección de dos ondas gravitacionales en agujeros negros que dan la tarjeta de identidad final tanto a ondas hipotéticas como a ondas gravitacionales. aberturas. Y en 2019, las redes sacaron una fotografía sensacional de la sombra de un agujero negro supermasivo en el medio de la galaxia M87 capturada por el Event Horizon Telescope (EHT).

En la Declaración Nobel, el premio se otorga a los esfuerzos teóricos y observacionales que llevaron a que los agujeros negros fueran «objetos secretos y presuntos» (la frase es Borges), para provocar existencia real como electrones, humanos (al menos algunos), estrellas o galaxias.

Los agujeros negros son una predicción de proporcionalidad. No la predicción de Einstein, sino su teoría, que sabía más que él, que nunca creyó en los agujeros negros. Claro, la ciencia no se trata de creer o no, se trata de teorías complejas, y la relatividad general es una teoría compleja, no siempre es fácil descifrar lo que nos dice.

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Los agujeros negros son un fenómeno gravitacional, y la historia nos ha dado básicamente dos teorías de la gravedad: la gravedad universal de Newton a finales del siglo XVIII y la teoría de la relatividad de Einstein a principios del siglo XX. Einstein creó una nueva teoría de la gravedad porque Newton tenía algunos peccillos originales, como el hecho de que asumió que la gravedad se transmite en un instante, y Einstein es mejor, es decir, describe los fenómenos gravitacionales con más detalle. Por ejemplo, la teoría de la relatividad predice ondas gravitacionales, pero Newton no. y existen ondas gravitacionales, las detectamos. La teoría de Newton no predice los agujeros negros y la teoría de la relatividad predice, pero aprendemos esa certeza gradualmente.

El primer paso lo dio Karl Schwarzschild en 1916, pocos meses después de la publicación de la teoría de la relatividad, obteniendo una solución exacta a las ecuaciones de Einstein. La solución de Schwarzschild representa la geometría del espacio y el flujo del tiempo alrededor de una masa esférica no giratoria y debe ser muy relevante para la comprensión de los agujeros negros. La solución mostró un comportamiento curioso a una cierta distancia del centro, esta distancia se conoce comoradio de SchwarzschildSolo depende de la masa. En la Tierra, por ejemplo, esta distancia es inferior a un centímetro. El sol está a unos 3 km.

En 1939, con las primeras tomas de la Primera Guerra Mundial, con Robert Oppenheimer, sí, se publicó el mismo proyecto manhatano, junto con su alumno Snyder, una descripción del colapso de la materia por su propia gravedad. La solución mostró que cuando una sustancia cruza el umbral del radio de Schwarzschild, no tiene más remedio que ir al centro sin detenerse. En el medio, las cantidades físicas o geométricas se vuelven infinitas. Incluso la luz no puede escapar a este destino inusual. Es una singularidad terrible, un punto de ruptura para la teoría. Y el unidireccional oculto al mundo exterior por la bola Schwarzschild, que actúa como una membrana unidireccional, llega allí, pero no sale nada.

Por supuesto, el modelo de colapso de Oppenheimer-Snyder estaba fuertemente idealizado, la sustancia no causa presión y cae radialmente, manteniendo una simetría esférica perfecta. La idea de un agujero negro siguió siendo una curiosidad y quizás un objeto de las matemáticas.

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Cuando Oppenheimer publicó los resultados, tenía 35 años, Einstein tenía 60 años y argumentó que la naturaleza no podía permitir desviaciones como los agujeros negros, y Roger Penrose era un niño de 8 años y no sabía nada sobre agujeros negros.

En la década de 1960, se encontraron emisiones de radiación muy fuertes de objetivos muy distantes, los cuásares. Estas enormes cantidades de energía no se pueden explicar por fusiones nucleares, como es el caso de las estrellas; y se sugirió que la sustancia que cae en el agujero negro supermasivo podría ser un mecanismo para explicar tanta energía: la energía gravitacional producida por los agujeros negros.

En 1965, se publicó la primera gran contribución a la mente fértil e imaginativa de Roger Penrose, el actual profesor emérito de la Universidad de Oxford, con nuevas herramientas matemáticas, análisis globales y técnicas de topología diferencial. por lo tanto, fuera del alcance de un observador externo.

La teoría de la relatividad es el comienzo de su propia destrucción, predice la formación de singularidades donde ya no se puede predecir.

Luego, en 1970, Hawking y Penrose publicaron conjuntamente resultados que apoyaban la idea de que la teoría de la relatividad debería producir singularidades temporales incluso con desviaciones significativas de la simetría esférica.

Alguien comentó: «… o hay agujeros o la teoría de la relatividad tiene agujeros”. La teoría justificaba las soluciones matemáticas que describían los agujeros negros: deben existir. Los teoremas de la singularidad de Hawking y Penrose sugirieron fuertemente que las singularidades eran comunes y que un agujero negro es el destino inevitable en el colapso final de las estrellas masivas.

Se preparó una mesa para que los astrofísicos diseñaran posibles escenarios para la formación de agujeros negros. Y dedícate a buscarlos. En 1971 apareció el primer candidato, Cygnus X-1: una poderosa fuente de rayos X que se interpretó como una estrella orbitando un agujero negro. El agujero arranca el material, que en su caída descarada se vuelve tan caliente que emite rayos X.

A medida que los teóricos continuaban sentando las bases de los agujeros negros, los astrónomos buscaron evidencia de observación de su existencia.

En los años 90, dos grupos independientes, liderados por German Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, y la norteamericana Andrea Ghez, profesora e investigadora del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Los Ángeles, observaron con entusiasmo. el centro de nuestra propia galaxia. En estrellas muy densamente pobladas y una gran cantidad de polvo interestelar se puede detectar mediante técnicas especiales de radiación infrarroja. Ya en 1992, Gentzel informó que explicar el movimiento de las estrellas muy cerca del centro era muy difícil si no se invocaba la presencia de un agujero negro masivo. En 1995, ambos grupos compitieron y llegaron a las mismas conclusiones. Un estudio detallado de las dos estrellas (S0-2 y S0-102 para los interesados) mostró un objeto muy denso en el medio. Las observaciones conjuntas y acumuladas de los grupos Ghez y Gentzel no dejan lugar a dudas: el agujero negro, que tiene cuatro millones de veces la masa del sol y que los astrónomos han llamado Sagitario A *, vive en el centro de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Debido a la abrumadora evidencia, Andrea Ghez y Reinhard Gentzel comparten la mitad del Premio Nobel.

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De lo contrario, si Hawking hubiera estado vivo, el Comité del Nobel habría tenido problemas porque el número máximo de ganadores es tres. ¿A quién habrían dejado fuera?

La astronomía sin duda tiene lugar en un momento de gloria: las ondas gravitacionales resultantes de la fusión de los agujeros negros en 2015 (y desde entonces se han encontrado otras 48 observaciones de ondas gravitacionales de agujeros negros) y el premio Nobel en estas observaciones. Luego, una foto publicada en 2019 de un agujero negro en la galaxia M87, el Nobel de ese año, James Peebles por comprender la radiación cósmica de fondo que llena el universo, y Michel Mayor y Didier Queloz por encontrar exoplanetas. . Y ahora de los agujeros negros Penrose, Ghez y Gentzel. Pronto tendremos (anótelo) una fotografía de la sombra de un agujero en nuestra propia galaxia.

La compleja predicción de la teoría de la relatividad, después de tantos esfuerzos por parte de físicos y astrónomos, ha puesto en realidad extraños y fascinantes objetos cuya existencia no se suponía hace unos 20 años. El universo es más interesante con ellos, y el Comité Nobel lo ha entendido.

* Héctor Rago es astrofísico de la Universidad Industrial de Santander.

Antonio Calzadilla

Experto en redes sociales. Amante de la televisión galardonado. Futuro ídolo adolescente. Evangelista de la música. Gurú del café

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