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7 Oct 2020 - 2:00 a. m.

Agujeros negros: el confín del universo

Parece un premio Nobel por la comprensión de los agujeros negros pero es más bien un premio a la reticencia de los humanos a conformarse con un mundo conocido que creen entender.

Juan Diego Soler - @juandiegosoler

Richard Penrose, Andrea Ghez y Reinhard Genzel, ganadores del Premio Nobel de Física.
Richard Penrose, Andrea Ghez y Reinhard Genzel, ganadores del Premio Nobel de Física.
Foto: PAP / UCLA / MPE

Nada hace volar la imaginación como los agujeros negros. Y es fácil entender por qué. Son un objeto para el cual no tenemos referencia en el planeta. No hay nada que se parezca a un agujero negro. Ni un sifón. Ni un pozo sin fondo. (Lea “Poca gente entiende qué es un agujero negro”: Nobel de Física Andrea Ghez)

Nada de lo que conocemos prepara a nuestras mentes para comprender una región del espacio y el tiempo, en donde la gravedad es tan fuerte, que nada puede escapar. Ni la luz. Ni la materia.

Hoy no es extraño hablar de agujeros negros por fuera de una clase de física teórica. Las películas de ciencia ficción, las letras de las canciones de rock y hasta los discursos políticos hacen referencia a estos objetos que durante la mayor parte del siglo XX no eran más que una exótica idea en el papel. Fue Roger Penrose quien obligó a los físicos a tomar esa idea seriamente. En enero de 1965, Penrose publicó su artículo “Colapso gravitacional y singularidades espacio-temporales”, en el que demostró matemáticamente que si un objeto, como una estrella moribunda, implosiona más allá de cierto límite, el campo gravitacional se vuelve infinito, lo que se conoce como singularidad.

El infinito es una idea a la cual se han acostumbrado los matemáticos, que implica la existencia de un lugar adonde ni siquiera los números pueden llegar.

A un matemático el infinito lo deja dormir porque no es un número fijo, es simplemente un límite al que sabe que se aproxima, incluso cuando ya no caben los dígitos en la calculadora. Pero a un físico el infinito lo carcome.

Que la gravedad sea infinita en un lugar del espacio-tiempo es como si alguien le abriera un hueco al tablero de parqués cuando está a punto de coronar. El genio de Penrose fue encontrar una forma de tratar esas singularidades y explicar que no andan por ahí tragándoselo todo, sino que están confinadas dentro de un horizonte de eventos. Tratar las singularidades de esa manera no solamente dejaba dormir a los físicos, sino que resolvía un misterio que los astrónomos habían encontrado desde que idearon una forma de medir la luz en frecuencias de radio que vienen del espacio.

La Segunda Guerra Mundial exigió el desarrollo de los sistemas de radar y las telecomunicaciones. Los humanos aprendieron a enviar y medir ondas de radio. Fue así como comenzaron las comunicaciones vía satélite. Fue así como nos comunicamos con las sondas que eventualmente llevaron a los humanos a la Luna. Y fue una de las antenas construidas para comunicarse con las sondas del programa Apollo, la antena de 64 metros de diámetro del telescopio Parkes en Australia, la que en 1963 midió una poderosa fuente de luz en ondas de radio, un objeto más luminoso que una galaxia, pero era mucho más compacto: un quasar. En poco tiempo se detectaron más quásares, y la teoría de Penrose daba una explicación a su existencia, era el producto de la materia que caía en el horizonte de eventos de agujeros negros muy distantes. Y otros menos distantes, como el que existe en el corazón de nuestra propia galaxia.

En 1931, Karl Jansky, el padre de la radioastronomía, detectó una fuerte señal en ondas de radio hacia la dirección del centro de la Vía Láctea, que se encuentra hacia la constelación de Sagitario. En 1974 se detectó que la potente fuente de las ondas detectadas por Jansky era muy compacta, y desde 1982 se le conoce como Sgr A*. Sgr por la constelación de Sagitario, A porque no es la única, pero sí la más poderosa, y * porque en química y astronomía cuando un elemento se encuentra en un nivel alto de energía se acompaña su nombre con ese caracter. Si bien todo indicaba que Sgr A* era el resultado del agujero negro en el centro de la galaxia, medir su masa y comprobar su existencia requería observaciones más contundentes.

A comienzo de los años 90, los astrónomos se dieron a la tarea de buscar las estrellas más cercanas a Sgr A*. La órbita de esas estrellas alrededor de Sgr A* era la observación concluyente que necesitaban para inferir la presencia del presunto agujero negro. Y la estrella cuyo movimiento parecía más prometedor era la segunda más cercana, por lo que la bautizaron con el nombre de S2. Desde 1995, dos equipos de astrónomos le hicieron un seguimiento continuo a S2. El primer equipo era el dirigido por Reinhard Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania. El segundo era dirigido por Andrea Ghez, de la Universidad de California, en Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos.

Seguir a una estrella como S2 es una tarea compleja. Sgr A* está a 26 mil años luz de la Tierra y está oculto por espesas nubes de gas y polvo interestelar. Por eso no se puede observar en luz visible, sino en infrarrojo. Y para lograr la resolución necesaria en las imágenes hacen falta los telescopios más grandes del planeta, los telescopios de 10 metros de diámetro del Observatorio W.M. Keck, en Hawái (usados por el equipo dirigido por Ghez) y los telescopios de 8,2 metros de diámetro en el Very Large Telescope (VLT), del Observatorio Austral Europeo (ESO), en Chile. Durante casi tres décadas los equipos de Genzel y Ghez siguieron la órbita de S2 en su trayecto de 16 años alrededor de Sgr A*, compitiendo y colaborando, observando independientemente el lento trasegar de un punto luminoso que tiene más de una docena de veces la masa de nuestro Sol y descubriendo otras estrellas que reforzaron sus observaciones. Su movimiento revelaba la presencia de un objeto con 4 millones de veces la masa de nuestro Sol concentradas en un volumen tan pequeño, que equivaldría a compactar todo el planeta Tierra para que cupiese en el territorio de Colombia. La influencia de un objeto tan masivo hace que S2 se mueva a casi un 2 % de la velocidad de la luz, suficiente para ser un laboratorio para probar la relatividad general de Einstein.

Siguiendo la reciente tendencia de premiar la paciencia y la osadía de grandes equipos de astrofísicos, este año la academia sueca ha recompensado a quien ha dedicado toda una vida a domar al infinito y a quienes durante casi tres décadas han empujado los límites de la tecnología y el talento humano para -literalmente- seguir una estrella. Parece un premio por la comprensión de los agujeros negros. Pero es más bien un premio a la reticencia de los humanos a conformarse con un mundo conocido que creen entender.

Se puede vivir perfectamente sin los agujeros negros. Pero en un universo que aún suponemos que es infinito, los agujeros negros son lo más cercano a un límite. No sabemos qué hay más allá del horizonte de eventos, del borde del agujero negro. Por eso es allí adonde vamos a buscar las respuestas a las preguntas más complicadas. Preguntas que aún no sabíamos que teníamos. Y porque aún no las conocemos es que nos siguen fascinando.

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