Hic sunt dracones, «aquí hay dragones», es una cita de origen medieval que solía aparecer en los mapas al lado de reptiles coriáceos y otras criaturas mitológicas para señalar los límites de lo conocido y, en consecuencia, de lo peligroso. Los satélites y la cartografía ya casi han acabado con los rincones ignotos del globo terráqueo, Pero el misterio acecha en el firmamento, más allí de los mapas, en el corazón de unos monstruos más reales que mitológicos: los agujeros negros. «Como los unicornios y las gárgolas, los agujeros negros parecen estar más en los territorios de la ciencia ficción y la mitología antigua que en el universo real», Tal como ha escrito Kip Thorne, experto en agujeros negros del Caltech y Nobel de Física en 2017 por la primera detección de ondas gravitacionales. Según J. Craig Wheeler, astrofísico de la Universidad de Texas: «Casi cualquiera comprende el simbolismo de los agujeros negros De esta forma tal y como fauces abiertas que todo lo tragan y nada dejan salir». El comecocos cósmico
Se puede decir que los agujeros negros son un auténtico «comecocos» de la materia, de la energía y hasta del espacio. En su superficie hay un punto de no regreso, el conocido Del mismo modo que horizonte de acontencimientos, A partir del cual nada puede escapar a la gravedad, nada, ni siquiera la luz, por lo cual no es posible verlos de forma directa. Además, cualquiera que se acercase demasiado a ellos podría terminar «espaguetizado», o bien lo cual es lo mismo, desgarrado por su inmensa gravedad hasta las partículas fundamentales. Por si esto fuese poco inquietante, un observador externo vería a la víctima congelada en el tiempo, en parte superficial del agujero, mientres éste ya habría desaparecido: «En el espacio absolutamente nadie puede oírte gritar; en un Solo agujero negro, nadie puede verte desaparecer», afirmó el astrofísico Stephen Hawking. Esquema de un agujero negro. Es imposible verlo, No obstante sí que se puede hallar el gas y la energía a su cerca de, y la influencia de su gravedad sobre el Entorno – ABC/AFP
En el interior del agujero negro, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita en un Sólo punto, la singularidad, de densidad Además infinita. «Una singularidad es un sector, o un contexto, donde las ecuaciones de Einstein que gobiernan el espacio-tiempo se rompen, y la relatividad pierde su poder predictivo», ha explicado Frans Pretorius, catedrático de Física de la universidad de Princeton especializado en la relatividad. «Por eso, para entender las singularidades haría falta una inédita teoría, probablemente una teoría cuántica de la gravedad De exactamente la misma manera que la teoría de cuerdas». De momento no la hay y los científicos están totalmente a ciegas En lo cual se refiere a lo que puede estar ocurriendo en el «estómago» de estos monstruos. «Una singularidad es un lugar, o un momento, donde las ecuaciones de Einstein que gobiernan el espacio-tiempo se rompen, y la relatividad pierde su poder predictivo» Pese a todo, los estudiosos no se han amilanado frente estas «criaturas» voraces y misteriosas. Entonces de siglos de vicisitudes, teorías y demostraciones, los experimentos han permitido acercarse, más que jamás, a la guarida de los dragones, en búsqueda de un hermoso tesoro de conocimiento. Precisamente, esta misma semana, Roger Penrose, Andrea Ghez y Reinhard Genzel recibían el premio Nobel de Física por sus investigaciones sobre agujeros negros. Sus trabajos han requerido disentir a los misterios de las singularidades o bien medir la posición de una estrella con una gran precisión: comparable a la de distinguir una piedra de un centímetro en un Solo cancha de fútbol construido en la Luna. La singularidad que Penrose hizo más natural
Se puede decir que el Nobel de Física ha reconocido aspectos muy diversos en el premio compartido por Penrose y la pareja Ghez y Genzel. En 1er sitio, la Academia Sueca de Ciencias ha galardonado a Roger Penrose por «el descubrimiento de que la formación de agujeros negros es una predicción robusta de la teoría general de la relatividad». En otros términos, ha reconocido una investigación basada en demostraciones matemáticas, que se dirigió revolucionaria en unos años en los cuales los agujeros negros vivieron de verse De exactamente la misma manera que un concepto curioso a una realidad posible: era la edad dorada de los agujeros negros. (Acá podés leer una breve historia). «Durante décadas, los físicos, incluyendo a Albert Einstein, trataron de demostrar por todos los medios que los agujeros negros no podían existir», ha explicado Marcia Bartusiak, profesora de Escritura científica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y cantautora de «Agujeros negros» (Ariel). «Pero en 1965, Roger Penrose escribió la demuestra definitiva de que un agujero negro es inevitable Una vez que una estrella lo suficientemente masiva, muere, y colapsa por acción de la presión gravitacional hasta un punto singular». «Durante décadas, los físicos, incluyendo a Albert Einstein, trataron de demostrar por todos los medios que los agujeros negros no podían existir» Sir Roger Penrose, profesor emérito de Matemáticas de la Universidad de Oxford, Acto seguido de ganal el Nobel de Física de 2020
José Luis Fernández Barbón profesor de física teórica de la Universidad Autónoma de Madrid y experto en estos objetos Necesita qué aportó el científico británico: «Antes de Penrose, los agujeros negros se describían usando soluciones muy particulares de las ecuaciones de Einstein. Sin embargo probó que los agujeros negros eran muy naturales, en el sentido de que se constituyen en situaciones de colapso gravitacional bastante general». Aparte de eso, Frans Pretorius ha añadido: «Penrose hizo muchas importantes contribuciones a la relatividad, y Ciertas de ellas estarían entre los más importantes artículos A partir de Einstein». Con relación a los agujeros negros, estas contribuciones «incluyen los llamados teoremas de la singularidad, que muestran que cualquier agujero contiene una singularidad de algún tipo», ha proseguido. Asimismo de esas demostraciones, rigurosamente demostradas con cálculos matemáticos, la otra aportación de Penrose es «la conjetura de la censura cósmica, que dice que las singularidades que se pueden formar en el universo están Siempre y en toda circunstancia escondidas, “vestidas”, por el horizonte de acontencimientos de un agujero negro», o sea, más allí del alcance de un observador externo. Quizá lo más interesante de esta conjetura es que apuntala muchos de los cálculos que se están haciendo Hoy, Tal como los que vinculan ondas gravitacionales y agujeros negros. El misterio de los agujeros negros supermasivos Junto a este esplendor de teorías de agujeros negros de los años sesenta y setenta hubo un esplendor de observaciones que cambiaron la manera de comprender el universo. «En cuestión de unos pocos años, los astrónomos Empezaron a detectar evidencias observacionales de que los agujeros negros poblaban el universo», ha explicado Marcia Bartusiak. «Y no Solo los pequeños. Las inmensas energías partiendo de los cuásares, los brillantes núcleos de galaxias lejanas, Solo podían ser explicados por agujeros negros supermasivos de millones o miles de millones de masas solares». Luego, se reveló que en las galaxias había gigantescas plantas de energía, cuyo giro y sitio magnético expulsan enormes cantidades de energía en chorros espectaculares. «En cuestión de unos pocos años, los astrónomos Comenzaron a encontrar evidencias observacionales de que los agujeros negros poblaban el universo» Junto a estas brillantes emisiones, en manera de rayos X, se detectaba Asimismo ondas de radio provenientes del centro de la Vía Láctea, que hacían pensar en la presencia de otro gigantesco agujero negro. Pero: «Todas las evidencias de que estos sistemas albergan agujeros negros era circunstancial», ha explicado Frans Pretorius. «Sin embargo, el lento y constante trabajo de Andrea Ghez y Reinhard Genzel, A lo largo de décadas, apuntado a Sagitario A*, dio límites mucho más claros de lo cual ha de ser un agujero negro». 3C273, un cuásar localizado en la constelación de Virgo. Al arranque se pensó que era una estrella, Sin embargo posteriormente se concluyó que era el núcleo de una galaxia muy lejana. Con el tiempo, se asoció con la presencia de una agujero negro supermasivo devorando materiaNo obstante, ni En este sentido existe una certidumbre absoluta de que en el corazón de la Vía Láctea hay un agujero negro: «Para estas observaciones astronómicas, jamás se puede afirmar algo al 100%, y Por eso el Nobel habla de “objeto compacto”, Pero si lo que hay no es un agujero negro De La misma manera que el predicho por la relatividad, tiene que de ser algo tan compacto Al parecido que uno, lo que es un descubrimiento remarcable en sí mismo». Efectivamente, la Academia Sueca de Ciencias le ha concedido a Ghez y a Genzel el Nobel de Física por por «el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia». ¿Qué se esconde en el centro de la Vía Láctea?
«El premio Nobel fundamentalmente ha reconocido una medida MUY robusta de la masa —de expresado objeto compacto en el centro de la Vía Láctea—, que es de 4.3 millones de masas solares», ha explicado Stefan Gillessen, astrofísico del Colegio Max Planck para Física Extraterrestre, la corporación dirigida por el Nobel Reinhard Genzel, De la misma forma implicado en las observaciones galardonadas. No existen las básculas cósmicas, No obstante sí que se puede inferir la masa de un enorme objeto por la velocidad y la órbita de los cuerpos que orbitan a su alrededor (Tal como si es que se quisiera medir la masa del Sol analizando los movimientos y tamaño de la Tierra). Para medir la masa en el centro de la Vía Láctea, los astrofísicos se fijaron en una estrella muy brillante y extremadamente rápida denominada S2 que está en la zona central. Puesto que el Sol tarda unos 225 millones de años en dar una vuelta alrededor de la galaxia, ésta completa una vuelta en 16 años: su velocidad máxima es de cerca de 8.000 km/s, Mientras que que la Tierra se mueve Al idéntico que mucho a 30 km/s cerquita de del Sol. ¿Qué hay en el centro de la Vía Láctea? Una manera de averiguarlo es medir la velocidad y la órbita de estrellas que giran muy cerca del núcleo – ESO
Gracias a medidas muy precisas de la velocidad y órbita de S2, junto a las leyes de Newton, pudieron definir la masa del centro de la Vía Láctea. «A partir de ahí, pasamos a La próxima fase», ha recordado Gillessen. «Nos preguntamos: ¿Con cuánta precisión podemos medir la órbita? ¿Podemos ver las desviaciones de la órbita impuestas por la relatividad?». Gracias a los últimos progresos en interferometría, que permiten combinar muchas antenas para mejorar la Resolución de las observaciones, y usando longitudes de onda que atraviesan el polvo y el gas que se arremolina en el corazón de la Vía Láctea, pudieron situar con enorme precisión la posición de S2. Tras 30 años de trabajo, en el que participaron decenas de científicos, confirmaron que experimenta dos fenómenos predichos por la relatividad: el desplazamiento al rojo de la luz, a causa del tirón gravitacional de grandes masas, y la precesión de Schwarzschild, un fenómeno que De la misma forma se había observado en Mercurio y por el cual las órbitas de los objetos en torno a grandes masas no están Siempre y en todo momento y en todo momento en el mismo punto, Sino más bien más bien se adelantan ligeramente, formando una especie de roseta De este modo tal como la que hay bajo estas líneas. Representación exagerada de un fenómeno relativista que afecta a la estrella S2 (órbitas en rojo y azul) en torno al centro de la Vía Láctea (el punto negro del centro). Sus órbitas no coinciden en el mismo punto, se adelantan sutilmente. Observarlo, confirma las predicciones de la relatividad – ESO/L. Calçada
Por tanto, estas observaciones apuntalaron la idea de que existe un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea y en las otras galaxias; confirmaron las predicciones de la relatividad y revelaron, una vez más, lo esencial que es para la ciencia ese juego entre las mejoras tecnológicas de El instrumental, la teoría y las observaciones. Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez«Tanto Ghez Al igual que Genzel vivieron muchos años recogiendo abrumadoras evidencias de que nuestra Vía Láctea alberga un agujero negro supermasivo, que en el pasado viajó un cuásar y que se encenderá de nuevo en el horario nuestra galaxia colisione con Andrómeda, dentro de 4.000 millones de años», ha comentado Marcia Bartusiak. «Es interesante pensar que nuestra propia existencia podría no haber surgido si no hubiese sido por los agujeros negros» a su vez, piensa que Ambos «dieron apoyo a la idea de que hay un agujero negro supermasivo en cada gran galaxia de nuestro universo. Y podría ser que cada generación de una galaxia y, por consiguiente, nosotros, dependa de la presencia de un agujero negro supermasivo. De ahí que, es interesante pensar que nuestra propia existencia podría no haber surgido Sino más bien que hubiera sido por los agujeros negros». Una inédita edad dorada
Con el paso de las décadas se ha ido constatando que los agujeros negros no Sólo están en el centro de las galaxias, con masas equivalentes a millones o miles de millones de soles, Sino a su vez vagan por el espacio, con varias o unas decenas de masas solares, Después de la muerte de Ciertas estrellas. A partir de hace dos décadas, incluso se baraja que estos objetos puedan explicar el enigma de la materia oscura, si al principio del universo se hubieran formado los famosos Del mismo modo que agujeros negros primordiales. Y ahora, Al similar que ya Tuvo lugar hace décadas, los nuevos instrumentos prometen revolucionar lo cual conocemos. «Quizás mi opinión está un poco sesgada —ha expresado Frans Pretorius— Sin embargo verdaderamente creo que vamos a entrar en una 2da era dorada de los agujeros negros, y que va a ser Debido a las observaciones». A partir de 2015, los científicos detectan de forma directa ondas gravitacionales, ondas generadas por la fusión de agujeros negros (entre otros muchos muchos fenómenos) y que se expanden por el universo a la velocidad de la luz, distorsionando el espacio-tiempo – LIGO
En 2015 los científicos realizaron la 1era detección directa de las ondas gravitacionales, unas distorsiones del espacio-tiempo emitidas por la fusión de agujeros negros de decenas de masas solares, con los observatorios LIGO y Virgo (reconocido con el Nobel de Física en 2017). Además, el pasado año se posteó la 1era imagen del horizonte de acontencimientos de un agujero negro, el agujero negro supermasivo M87*, gracias al Telescopio del Horizonte de Hechos (EHT). «Las observaciones tuvieron un papel crucial en el horario los científicos se tomaron en serio el concepto de agujeros negros Durante la primera edad dorada, en los años sesenta», ha proseguido Pretorius. «Ahora, con los data de LIGO, Virgo, el EHT y las próximas misiones (…) creo, y espero, que haremos descubrimientos muy profundos que no puedo anticipar». «Con los datos de LIGO, Virgo, el EHT y las futuras misiones (…) creo, y espero, que haremos descubrimientos muy profundos que no puedo anticipar» «Los agujeros negros se están revelando Como objetos centrales en la física del nuevo siglo», ha explicado José Luis Fernández Barbón. «Hace mucho que estamos hablando de ellos, Pero es justo en seguida Cuando estamos en condiciones de estudiarlos en dato con diversos instrumentos. En las futuras décadas, este flujo de data no hará más que crecer. Podríamos aprender muchas cosas inesperadas…». El límite de lo conocido: imagen del horizonte de acontencimientos del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. La ciencia desconoce qué ocurre en su interior – EHT
En cuestión de una década se pondrán en marcha observatorios revolucionarios, Al idéntico que el Telescopio Einstein o bien el observatorio espacial LISA, que tendrán capacidad de localizar las ondas gravitacionales provenientes de la fusión de agujeros negros supermasivos o bien de advertir agujeros negros muy primitivos. Según algunos científicos, será Del mismo modo que inaugurar un campo de la astronomía de ondas gravitacionales de alta energía, de idéntico forma a En el momento en que, hace décadas, se inauguró la astronomía de rayos gamma o bien de rayos X. «Los radioastrónomos podrán incrementar el tamaño de sus radiotelescopios (…) y ganar Aún más Decisión para tomar capturas de agujeros negros», ha explicado Marcia Bartusiak. «Estamos al principio de una inédita maravillosa visión del Universo». Aparte de eso, se avanzará en lo cual viene a conocerse Del mismo modo que astronomía de varias mensajeros, una suerte de acumulación de Varios «sentidos» para divisar o estudiar el cosmos. «Mientras que la radiación electromagnética (óptica, radio, rayos X o bien gamma) proporciona evidencias indirectas para los agujeros negros —ha continuado Bartusiak— las ondas gravitacionales son generadas por los propios agujeros negros y son una fuente directa de conocimiento sobre sus propiedades». Los límites de lo conocido: la gravedad
Los agujeros negros están Indudablemente en el centro de todos y cada uno de los focos: «No A mí me sorprendería que los hallazgos del Telescopio del Horizonte de Sucesos—que publicaron la 1era imagen de un agujero negro en 2019— recibieran el Nobel», ha comentado Marcia Bartusiak. Gracias a ellos, es posible ir mucho más allí, y acercarse a los Hasta ahora impenetrables secretos de la gravedad. «No A mí me sorprendería que los hallazgos del Telescopio del Horizonte de Hechos recibieran el Nobel» Esta fuerza domina en el universo y está perfectamente descrita en nuestro Entorno por la ley de la gravedad de Newton (con ésto bastó a fin de que los astronautas se posaran en la Luna). De hecho, los efectos de la relatividad no empiezan a manifestarse hasta el momento en que no se está en el Ambiente de un potente ámbito gravitacional: «Por eso es que los agujeros negros son tan importantes para nuestro entendimiento de la gravedad; son la prueba terminante para las ecuaciones de Einstein», ha comentado Marcia Bartusiak. De instante, se ha podido demostrar que la relatividad funciona en todas y cada una las condiciones, No obstante hay un problema: al tiempo que se ha observado que las otra interacciones de la naturaleza siguen las reglas de la mecánica cuántica, la gravedad no lo hace: «Por eso, no entenderemos los agujeros negros hasta el momento en que no hallemos la teoría de la “gravedad cuántica”, una teoría que muestre de qué manera la gravedad actúa a la escala submicroscópica», Conforme la escritora. Stephen Hawking informó qué ocurre en el instante se forma un par de partículas en el vacío cerca del horizonte de hechos. Averiguó que una sería engullida, y que la otra sería liberada en manera de radiación térmica, a la que se llamó radiación de Hawking – Nature/https://www.nature.com/articles/d41586-019-01592-x En 1974, Stephen Hawking, para Varios estudiosos, merecedor También del Nobel de Física de 2020, emprendió los primeros pasos, al describir la radiación de Hawking y al mostar que los agujeros negros pueden estar evaporándose lentamente (tanto, que llevaría mucho más tiempo que la edad del universo a fin de que lo hicieran por completo). Por tanto, lo cual Conforme las reglas de la relatividad es un horizonte de sucesos liso y fantasmal, para Hawking era un extraño sitio donde hay partículas en movimiento y transformación. «El agujero negro es ahora un laboratorio de pruebas», ha concluido Marcia Bartusiak. «Las respuestas llegarán En el momento en que los físicos puedan por fin fusionar la gravedad con la mecánica cuántica». Hasta luego, estos misteriosos objetos son la frontera de lo conocido.