Agujeros negros y Premios Nobel 2020

El pasado martes fue anunciado por la Academia Sueca de Ciencias que los doctores Roger Penrose de la Universidad de Oxford en Gran Bretaña, Reinhard Genzel del Instituto Max Planck en Alemania y de la Universidad de California en Berkeley, y Andrea Ghez de la Universidad de California en Los Angeles, recibirán el premio Nobel de física del presente año.

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Por: Vicente Aboites

El pasado martes fue anunciado por la Academia Sueca de Ciencias que los doctores Roger Penrose de la Universidad de Oxford en Gran Bretaña, Reinhard Genzel del Instituto Max Planck en Alemania y de la Universidad de California en Berkeley, y Andrea Ghez de la Universidad de California, en Los Angeles, recibirán el premio Nobel de física del presente año en reconocimiento a sus contribuciones teóricas y observacionales sobre agujeros negros.

Esto corrobora, una vez más, la teoría general de la relatividad de Albert Einstein propuesta en 1915, a partir de la cual se llega a la idea de los agujeros negros. Primeramente, vale recordar que la teoría de la gravitación de Isaac Newton describe el movimiento de los planetas alrededor del Sol como resultado de una fuerza gravitacional, esta fuerza es directamente proporcional al producto de las masas interactuantes e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas, es decir: F = GmM/r2, donde G es la constante de gravitación universal.

Lo sorprendente es que a partir de las tres leyes de la mecánica de Newton y de la Ley de Gravitación universal se pueden obtener las Leyes del movimiento planetario de Kepler confirmando la idea de Copérnico de que los planetas giran alrededor del Sol y no el Sol alrededor de la Tierra.

Estos resultados basados en la teoría gravitacional de Newton fueron uno de los más importantes logros de la ciencia.

Por su parte, las ecuaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein proponen que la masa de un cuerpo deforma y curva el espacio-tiempo alrededor del mismo. Estas ecuaciones logran explicar el movimiento de los planetas alrededor del Sol no a partir de la acción de ninguna fuerza sino a partir del movimiento de los planetas en el espacio-tiempo deformado que existe alrededor del Sol. 

Esta idea fue absolutamente novedosa y revolucionaria. Una consecuencia de ella es que del mismo modo en que el espacio-tiempo curvo del Sol puede desviar la trayectoria de un objeto, igualmente será capaz de desviar la trayectoria de un rayo de luz.

¡Nunca a nadie, antes de Einstein, le había pasado por la mente la posibilidad de que un cuerpo masivo como el Sol, o cualquier otra estrella, pudiera desviar la trayectoria de un rayo de luz! Posteriormente, el estudio de las soluciones de las ecuaciones de Einstein mostró que, para un cuerpo suficientemente masivo, la curvatura del espacio-tiempo a su alrededor sería tan grande que la luz misma emitida por ese cuerpo quedaría atrapada en la curvatura del espacio-tiempo del mismo y sería incapaz de abandonarlo.

A este objeto se le llamó agujero negro. Inicialmente se pensó que este resultado representado por una “singularidad matemática” era solo una ficción, nadie creyó que objetos así existieran realmente en el universo.

Sin embargo, poco a poco la evidencia observacional demostró que esos objetos verdaderamente existen. Tanto así, que en abril de 2017 utilizando una red mundial de telescopios llamado: “Event Horizon Telescope Collaboration”, el doctor Sheperd Doeleman, director del proyecto, dio a conocer la primera imagen evidenciando la existencia de los agujeros negros.

Esta imagen corresponde a un agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la galaxia Messier 87, o M87. Este agujero negro tiene una masa seis mil quinientos millones de veces la masa de nuestro Sol.  Desde luego, si hay un agujero negro en el centro de la galaxia M87 ¿no habrá uno también en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea? Los doctores Reinhard Genzel y Andrea Ghez estudiaron el comportamiento de estrellas cerca del centro de nuestra galaxia y encontraron que el movimiento de éstas solo podría explicarse si existe un agujero negro en el centro de nuestra galaxia, ellos determinaron que ahí se encuentra un agujero negro con una masa igual a cuatro millones de veces la masa del Sol.

Por su parte, Roger Penrose, actualmente académico de la Universidad de Oxford, cuando trabajaba en el Departamento de Matemáticas del Birkbeck College de la Universidad de Londres, a los treinta y cuatro años de edad, publicó un famoso artículo sobre agujeros negros: R. Penrose, "Gravitational collapse and space-time singularities" Physical Review Letters, (1965). En este trabajo demuestra que cualquier objeto con suficiente masa y topológicamente equivalente a una esfera colapsará a un agujero negro desechando el requisito de alta simetría.

Este fue un resultado teórico de primera importancia para el estudio de agujeros negros y se considera la más importante contribución a la teoría de la relatividad general desde que ésta fue creada por Albert Einstein.

Finalmente vale señalar que Andrea Ghez es la cuarta mujer en obtener un premio Nobel de Física, después de Donna Strickland en el 2018, María Goeppert Mayer en 1963 y Marie Curie en 1903.

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