Martes 1 de diciembre, 2020

CIENCIA | 06-10-2020 20:36

Nobel de Física: Un premio a teorías y observaciones que demandaron 56 años

En 1964 Roger Penrose hipotetizó que los agujeros negros se forman tras el colapso gravitacional de una estrella. Andrea Ghez y Reinhard Genzel lideraron las primeras observaciones astronómicas.

Hoy se conocieron los nombres de los galardonados con el premio Nobel de Física 2020. En esta edición el premio es dividido en dos: la mitad es para el británico Sir Roger Penrose y la otra mitad es compartida entre los astrónomos Andrea Ghez (de los Estados Unidos) y Reinhard Genzel (de Alemania). En ambos casos se premiaron descubrimientos relacionados con los agujeros negros.

Los agujeros negros son los objetos físicos más intrigantes del cosmos y se destacan por su naturaleza paradojal. Están detrás de los fenómenos más energéticos, calientes y violentos del cosmos, pero son, a su vez, astros silentes, fríos y oscuros. Nacidos tras la muerte de estrellas masivas que, habiendo agotado su combustible nuclear, colapsan sobre ellas mismas debido a su propia gravedad, los agujeros negros alcanzan una densidad enorme. Esto produce que el campo gravitatorio en sus inmediaciones sea extremadamente intenso; tan intenso que ni siquiera la luz puede escapar de su superficie. Esto sume al astro en una completa oscuridad, una oscuridad autoinfringida.

Nobel de Física 2020

La predicción teórica de la existencia de los agujeros negros data de comienzos del siglo XX; son, de hecho, una predicción de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Fue Karl Schwarzschild quien en 1916 advirtió que las ecuaciones de Einstein admitían soluciones que describían tales astros oscuros.

Unas décadas después, los físicos comprendieron su posible genealogía: “Los agujeros negros podrían formarse a parir de la muerte de estrellas masivas”, concluyeron. No obstante, esto no convenció a toda la comunidad. Muchos, entre los que se encontraba el mismo Einstein, creyeron que, aunque las ecuaciones de la relatividad permiten tales soluciones, no necesariamente ocurriría que las mismas se realizaran en la naturaleza: “Podrían tratarse de meras idealizaciones teóricas”. La historia cambiaría hacia mediados de la década de 1960 gracias al trabajo de matemáticos y físicos, entre los que destaca el nombre de Penrose.

La situación en los años 60’s era la siguiente. Si bien las ecuaciones de Einstein indicaban que el colapso gravitacional de una estrella debido a su propio peso daría origen a un agujero negro, muchos eran de la idea de que eso se debía a un artefacto de la idealización del problema planteado.

Hasta ese momento de 1963, sólo se conocían soluciones a las ecuaciones de Einstein que exhibían mucha simetría, soluciones estáticas y esféricamente simétricas, soluciones estacionarias con simetría axial. Muchos creían que, dado que los fenómenos naturales no son tan simétricos, uno no podía confiar en las conclusiones derivadas de dichos cálculos idealizados; así, muchos no creían que los agujeros negros fueran a ser objetos del mundo real.

Fue entonces cuando, en diciembre de 1964, Roger Penrose irrumpió con un teorema de gran belleza: Penrose demostró que los agujeros negros se forman tras el colapso gravitacional de una estrella incluso cuando no se asume ninguna simetría, incluso si ese colapso gravitacional del astro no es parejo y radial. Es decir, Penrose mostraba en su breve y genial artículo que los agujeros negros son una solución “genérica” de la teoría general de la relatividad y, por lo tanto, era altamente probable que los mismos existieran en el universo. 

Cabe resaltar que hasta ese momento nadie había observado evidencia de la existencia de los agujeros negros en el cosmos. Se necesitaría casi una década más para que los primeros indicios aparecieran. En las décadas de 1970’s y de 1980s se recopilaron algunas observaciones astronómicas de extrañas radiaciones que podrían ser interpretadas como provenientes de agujeros negros.

Unas décadas más tardes la evidencia ya dejaba pocas dudas; hoy, ninguna. En especial, las observaciones del movimiento de estrellas en el centro galáctico delatan la existencia de un astro invisible de 4 millones de masas solares que hace orbitar en torno a él estrellas de gran porte. De las velocidades que adquieren esas estrellas en ese aparente orbitar en torno a la nada uno deduce que esa nada no es tal, sino un agujero negro supermasivo escondido tras las luces de la constelación de Sagitario.

Ghez y Genzel, entre otros astrónomos, fueron pioneros en esas observaciones. Hoy nos es dado saber que, como la nuestra, también las otras galaxias hospedan agujeros negros en sus centros. 

*Gastón Giribet es Profesor de Física Teórica en la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA e Investigador Principal del CONICET. 

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por Gastón Giribet*

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