Por Daniela Pérez

miércoles 7 de octubre de 2020

Hace poco más de medio siglo, se consideraba que los agujeros negros eran tan solo una mera curiosidad matemática de la teoría de la Relatividad General. En la actualidad, la evidencia astrofísica que apoya la existencia de estos objetos es abrumadora. Los agujeros negros constituyen la manifestación más extrema de la gravitación en el universo. Son laboratorios naturales para el estudio de la gravedad en régimen de campo fuerte. Esto, a su vez, permite indagar en los aspectos más esenciales del mundo, tales como la naturaleza del espacio y del tiempo. La Real Academia de las Ciencias de Suecia anunció en el día de ayer, 6 de octubre, que el premio más importante del mundo en física que se entrega anualmente, el premio Nobel de Física, fuese para científicos que contribuyeron en forma excepcional al conocimiento actual, teórico y observacional, que se tiene sobre los agujeros negros. La mitad del galardón corresponde a Roger Penrose por “el descubrimiento de que la formación de los agujeros negros es una predicción robusta de la teoría de la relatividad general”, y la otra mitad es compartida entre Reinhard Genzel y Andrea Ghez por “el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia”.

A Penrose le debemos, entre otras cosas, la concepción teórica actual sobre los agujeros negros. Sir Roger Penrose es un matemático y físico inglés, actualmente profesor emérito de la Universidad de Oxford. Penrose reavivó el estudio en Relatividad General a partir de la década de 1960, aplicando diversas herramientas matemáticas al análisis de las propiedades del espacio-tiempo. En 1965, publicó el trabajo que sería fundacional en la teoría sobre agujeros negros. Penrose demostró que el colapso gravitacional en la teoría de la Relatividad General implica una incompletitud esencial del espacio-tiempo. En particular, probó que la singularidad en el origen de coordenadas de la solución de Schwarzschild es irremovible. En otras palabras, independientemente de las simetrías particulares del problema, bajo ciertas condiciones el completo colapso gravitacional es inevitable, y las soluciones de las ecuaciones de Einstein resultan inevitablemente defectuosas. Posteriormente, en 1969, Penrose formuló la “conjetura de censura cósmica”. Esta hipótesis, que hasta el momento no ha podido ser verificada, establece que las singularidades están siempre ocultas por horizontes de eventos. Luego, de acuerdo a la Relatividad General, el completo colapso gravitacional llevaría a la formación de un agujero negro, esto es, una región del espacio-tiempo desconectada causalmente del universo.

Cuando una estrella masiva colapsa bajo su propia gravedad, se forma un agujero negro. Los conos de luz indican la trayectoria de los fotones en el espacio-tiempo. Cuando un rayo de luz atraviesa el horizonte de eventos, ya no puede salir del agujero negro (caso contrario debería moverse a una velocidad mayor a la de la luz). Su destino inexorable es la singularidad.

La verificación de las predicciones de Penrose llegaría décadas más tarde gracias al desarrollo de sofisticadas técnicas de observación. Reinhard Genzel, director del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics en Garching, Alemania, y Andrea Ghez, de la Universidad de California, Los Ángeles, Estados Unidos, han liderado grupos de investigación abocados al estudio de la dinámica de objetos en la región central de la Vía Láctea, donde se encuentra la radiofuente astronómica Sagitario A* (Sgr A). En particular, mediante la observación del movimiento de varias estrellas que orbitan alrededor de Sgr A pudieron determinar la masa y límites superiores al radio del objeto central: la masa de Sgr A* es aproximadamente 4 millones de veces la masa del Sol y está concentrada en un radio máximo de 45 unidades astronómicas. La evidencia indica que este objeto extremadamente compacto sería un agujero negro supermasivo. Observaciones realizadas por el grupo de Genzel en 2002 del movimiento de la estrella S2 descartaron en forma rotunda que Sgr A* contenga cúmulos de objetos oscuros o sea una masa de fermiones degenerados. degenerados.

Órbitas de las estrellas en la región central de la Vía Láctea obtenidas mediante observaciones astronómicas durante 17 años. Estas imágenes fueron creadas por la Prof. Andrea Ghez y su grupo de investigación de la UCLA, y a partir de datos recolectados con los telescopios M. Keck.


Debe notarse que tanto Genzel como Ghez fueron galardonados por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de la Vía Láctea, y no por el descubrimiento de un agujero negro supermasivo. La evidencia definitiva sobre la naturaleza de Sgr A* se espera puede proveerla la Colaboración Event Horizon Telescope (EHT), cuando nos permita ver por primera vez el interior de la región central y compacta de la Vía Láctea. En abril de 2019, dicha colaboración publicó la primera imagen del agujero negro en el centro de la radio galaxia M87. El anuncio del premio Nobel de este año, luego, nos permite conjeturar que en un futuro cercano, cuando la colaboración ETH obtenga la doble confirmación sobre la existencia de agujeros negros supermasivos en centros galácticos, sean galardonados con el Nobel. Cabe destacar que en los últimos cuatro años, tres de los premios Nobel en Física distinguieron el trabajo de científicos en astrofísica y cosmología. Estamos ciertamente viviendo en un tiempo científico asombroso. En menos de cien años, la humanidad avanzó en el conocimiento del cosmos más que en toda su historia. Aguardo, no sin cierta ansiedad, los años que vendrán.

Animación: Visualización en 3 dimensiones de las órbitas de estrellas en el centro galáctico basada en datos obtenidos con los telescopios M. W. Keck entre 1995 y 2012. http://www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/videos/ghezGC_comp3-18_H264_864_VP8.webm

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