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Nobel de Física para tres investigadores que abrieron nuevos caminos hacia los agujeros negros

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado el Premio Nobel de Física 2020 al británico Roger Penrose por descubrir que la formación de un agujero negro es una predicción sólida de la teoría general de la relatividad y al alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez, cuarta mujer en obtener este galardón, por encontrar un objeto supermasivo de este tipo en el centro de nuestra galaxia.

Los tres ganadores del Premio Nobel de Física 2020: Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez. / Biswarup Ganguly/MPE/Elena Zhukova-UCLA

El investigador Roger Penrose de la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha ganado la mitad del Premio Nobel de Física de este año “por el descubrimiento de que la formación de un agujero negro es una predicción sólida de la teoría general de la relatividad”, según ha anunciado hoy en Estocolmo la Real Academia Sueca de las Ciencias.

La otra mitad se la reparten Reinhard Genzel, científico del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (Alemania) y la Universidad de California en Berkeley (EE UU), y la profesora Andrea Ghez de la Universidad de California en Los Ángeles (EE UU) “por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia”. 

Roger Penrose utilizó ingeniosos métodos matemáticos para demostrar que los agujeros negros son una consecuencia directa de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein

Los tres galardonados comparten el premio por sus descubrimientos sobre uno de los fenómenos más exóticos del universo: el agujero negro. Penrose demostró que la teoría general de la relatividad conduce a la formación de este tipo de objeto, y Genzel y Ghez encontraron que uno invisible y extremadamente pesado gobierna las órbitas de las estrellas en el centro de la Vía Láctea. Un agujero negro supermasivo es la única explicación conocida actualmente.

Roger Penrose (Colchester-Reino Unido, 1931) utilizó ingeniosos métodos matemáticos para confirmar que estos objetos son una consecuencia directa de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El mismo Einstein no creía que los agujeros negros realmente existieran, esos monstruos superpesados ​​que capturan todo lo que entra en ellos. Nada puede escapar, ni siquiera la luz.

En enero de 1965, diez años después de la muerte de Einstein, Penrose demostró que los agujeros negros realmente se pueden formar y los describió en detalle. En su interior, los agujeros negros esconden una singularidad en la que cesan todas las leyes conocidas de la naturaleza. Su artículo innovador todavía se considera la contribución más importante a la teoría general de la relatividad desde Einstein.

Un agujero en nuestra galaxia

Por su parte, Reinhard Genzel (Bad Homburg-Alemania, 1952) y Andrea Ghez (Nueva York-EE UU, 1965) lideran cada uno un grupo de astrónomos que, desde principios de la década de 1990, se ha centrado en una región llamada Sagitario A * en el centro de nuestra galaxia. Las órbitas de las estrellas más brillantes y cercanas a ese núcleo de la Vía Láctea se han cartografiado con una precisión cada vez mayor.

Las mediciones de estos dos grupos concuerdan, y ambos encontraron un objeto invisible extremadamente pesado que tira del revoltijo de estrellas, haciéndolas correr a velocidades vertiginosas. Aunque 'pesa' alrededor de cuatro millones de masas solares, ocupa una región no mayor que nuestro sistema solar.

Los equipos de Genzel y Ghez encontraron en el centro de nuestra galaxia un objeto invisible extremadamente pesado que tira del revoltijo de estrellas

Usando los telescopios más grandes del mundo, Genzel y Ghez desarrollaron métodos para ver a través de las enormes nubes de gas y polvo interestelar hasta el centro de la Vía Láctea. Extendiendo los límites de la tecnología, perfeccionaron nuevas técnicas para compensar las distorsiones causadas por la atmósfera terrestre, construyeron instrumentos únicos y se comprometieron con una investigación a largo plazo.

En conjunto, su trabajo pionero ha proporcionado la evidencia más convincente hasta la fecha de que en el centro de nuestra galaxia hay un agujero negro supermasivo.

“Los descubrimientos de los galardonados de este año han abierto nuevos caminos en el estudio de objetos compactos y supermasivos”, ha destacado David Haviland, presidente del Comité Nobel de Física.

“Pero estos objetos exóticos todavía plantean muchas preguntas que requieren respuestas y una investigación futura –concluye–. Y no solo preguntas sobre su estructura interna, sino también sobre cómo probar nuestra teoría de la gravedad en las condiciones extremas del entorno más próximo al agujero negro”.

Cuarta mujer con un Nobel de Física

Respecto a Ghez, es la cuarta mujer que consigue el Nobel de Física (tras Marie Curie en 1903, Maria Goeppert-Mayer en 1963 y Donna Strickland en 2018) y según ha declarado: “Espero poder inspirar a otras mujeres jóvenes en un campo como este, que tiene muchos placeres, y si te apasiona la ciencia, queda mucho por hacer”.

Cómo se forma un agujero negro

Cuando una estrella masiva colapsa por su propia gravedad, forma un agujero negro que es tan pesado que captura todo lo que pasa por su horizonte de sucesos. Ni siquiera la luz puede escapar. En el horizonte de sucesos, el tiempo reemplaza al espacio y apunta solo hacia adelante. El flujo del tiempo lleva todo hacia una singularidad más lejos dentro del agujero negro, donde la densidad es infinita y el tiempo termina.

El cono de luz muestra las trayectorias de los rayos de luz hacia adelante y hacia atrás en el tiempo. Cuando la materia colapsa y forma un agujero negro, los conos de luz que cruzan el horizonte de sucesos del agujero negro se volverán hacia adentro, hacia la singularidad. Un observador externo nunca verá realmente que los rayos de luz alcancen el horizonte de sucesos, simplemente lo empujan. Nadie puede ver más adentro.

Crédito imagen: Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences

Estrellas que delatan el agujero negro de nuestra galaxia

Las órbitas de las estrellas son la evidencia más convincente hasta ahora de que un agujero negro supermasivo se esconde en Sagitario A *, una fuente de radio muy compacta y brillante en el centro de la Vía Láctea. Se estima que este agujero negro pesa alrededor de 4 millones de masas solares, comprimidas en una región no más grande que nuestro sistema solar. 

Crédito imagen: Johan Jarnestad / The Royal Swedish Academy of Sciences