Aunque se empezó a especular acerca de su existencia en el siglo XVIII, no fue hasta hace poco que se confirmó la existencia de los agujeros negros. Una de las pruebas
más robustas fue el experimento LIGO, gracias al cual en 2016 se pudo anunciar la identificación de una fuente masiva de ondas gravitacionales, muy distante, que se correspondían a dos agujeros negros que se fusionaban en el espacio profundo.
Recordar esa experiencia es clave para entender la novedad de este miércoles, cuando el Observatorio Europeo Austral (ESO) y el equipo del sistema sincronizado de Event Horizon Telescope (EHT) difundieron una fotografía de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. La noticia supone una verdadera revolución en la astrofísica, ya que se trata de la primera imagen conocida de un agujero negro.
Fotografía facilitada por el CSIC de la primera imagen obtenida de un agujero negro, uno de los grandes misterios del Universo. Foto: EFE/CSIC
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Pero en esos días de 2016, el objetivo de LIGO estaba lejos de cualquier pretensión fotográfica: buscaban detectar ondas gravitacionales, es decir, oscilaciones en el tejido que compone el universo, el espacio-tiempo, ocasionadas por masas en aceleración.
“Fue la primera vez que se demostraba de manera directa que los agujeros negros existen”, afirmó Cristina Ramos, astrofísica observacional e investigadora Ramón y Cajal del Instituto de astrofísica de Canarias (IAC), España.
La existencia de agujeros negros es una de las predicciones de la Teoría de la Relatividad General. Albert Einstein formuló una primera teoría de la relatividad, más “sencilla”, en 1905, y 10 años más tarde publicó una versión más compleja en la que incorpora la gravitación. Ahí, el físico alemán describió la gravedad como una propiedad geométrica del espacio-tiempo.
En particular, aseguró que la curvatura del espacio-tiempo está directamente relacionada con la masa, la velocidad y la energía de la materia o radiación. Si bien Einstein enunció sus ecuaciones de campo, no fue él quien consiguió solucionarlas de forma exacta.
Pero lo cierto es que en esa teoría predijo por primera vez la existencia de agujeros negros. “Esta teoría predice cómo se debe comportar la luz en las inmediaciones de un agujero negro, de un objeto muy masivo que no emite luz. Y enuncia las ecuaciones de campo que permiten calcularlos. Sin embargo, a Einstein no le gustaba la idea de la definición de agujero negro, ni que la luz pudiera escapar de ellos… porque hay una zona, el horizonte de sucesos, a partir del cual cuando metés materia, perdés información. Y eso no lo terminaba de convencer”, señaló Ramos.
La descripción actual de la gravitación de la física moderna fue probada en el universo local, en el Sistema Solar y también en otros cuerpos, como los sistemas binarios de pulsares.
Por los siglos de los siglos
La idea de que pudiera haber objetos oscuros surgió por primera vez a finales del siglo XVIII. Fueron dos filósofos, John Mitchell y Pierre-Simon Laplace, los que propusieron que había cuerpos capaces de atrapar la luz y volverse invisibles para el resto del Universo. Para demostrar su idea, aplicaron las leyes de Newton para calcular la velocidad de escape de una partícula de luz de un cuerpo. Y predijeron que había estrellas tan densas que ni la luz podría escapar de ellas.
El director de Event Horizon Telescope, Sheperd Doeleman, revela la foto de un agujero negro en Washington (AFP)
No obstante, esta idea se desechó cuando en 1801 se descubrió que la luz podía ser también una onda, porque no se entendía de qué forma quedaría afectada por el campo gravitatorio de Newton. Fue Einstein, 115 años más tarde, quien explicó de qué forma la luz en forma de onda se comporta bajo la influencia de un campo gravitacional.
Las partes de un agujero negro – AFP / AFP
A partir de la teoría de Einstein, otro físico y matemático alemán, Karl Schwarzschild logró un año más tarde resolver las ecuaciones de campo de Einstein. La historia de este científico es peculiar, porque lo hizo mientras combatía en las trincheras en la Primera Guerra Mundial.
Schwarzschild logró predecir la existencia de una circunferencia crítica alrededor de un punto minúsculo en el que se condensa una enorme cantidad de materia, la singularidad, más allá de la cual la luz ya no puede pasar. Llamó a ese límite “radio de Schwarzschild”, una distancia que más tarde se conocería como horizonte de sucesos.
Según la teoría de la relatividad general, cualquier masa puede comprimirse lo suficiente para formar un agujero negro. El único requerimiento es que el tamaño físico del área sea menor que el radio de Schwarzschild. Así, por ejemplo, el sol se convertiría en un agujero negro si su masa se comprimiera en una esfera de 2,5 km de diámetro.
“Un agujero negro no depende de qué tipo de materia está hecho. Es una región del espacio-tiempo de la que ni la luz puede escapar”, puntualizó el físico teórico Carlos Sopuerta, científico titular del CSIC en el Institut de Ciències de l’Espai (ICE, CSIC-IEEC), experto en ondas gravitacionales.
“Einstein no los predijo: murió sin saber lo que eran. De hecho, ni el propio Schwarzschild, que es el autor de la solución de las ecuaciones de campo de Einstein, sabía lo que eran. Lo único que sabían es que la solución describía un campo gravitatorio de un objeto simétrico, de una bola. Y que el efecto gravitatorio dependía de la masa del objeto y de la distancia. Daba lo mismo de qué estaba hecho”, explicó Sopuerta.
Y siguió: “En los años 50 se empezó a vislumbrar lo que pasaba, aunque no fue hasta los años 60 cuando se pusieron las bases para entender qué es un agujero negro y en los 70, John Wheeler, un físico de la Universidad de Harvard, acuñó finalmente el término”, describió el experto.
El renombrado físico británico Stephen Hawking, uno de los que más investigó los agujeros negros. Foto: AP
Desde entonces, los científicos estudiaron estas regiones oscuras y fascinantes del universo, que pudieron detectar indirectamente a partir del comportamiento de la materia que los rodea. El primero en ser detectado fue un objeto conocido como Cygnus X-1. En 1971 los científicos detectaron emisiones de radio procedentes de Cygnus X-1 y llegaron a la conclusión que allí había un objeto extremadamente masivo, que identificaron como un agujero negro.
Curiosamente, ese primer agujero negro de 1974 fue objeto de una famosa apuesta entre Stephen Hawking y el físico Kip Thorne; Hawking apostó que la fuente de esas emisiones que habían identificado no eran un agujero negro, pero en 1990 tuvo que reconocer que se había equivocado.
En 2016, el experimento LIGO permitió medir las ondas gravitacionales creadas en un sistema binario de agujeros negros, una de las pruebas más sólidas de su existencia. Aunque en este caso nunca lo supo en vida, Einstein de nuevo tenía razón.
Fuente: La Vanguardia
AS