Profesor del Departamento de Física comenta alcances del premio Nobel de Física 2020

Antonio Montero, Doctor en Astrofísica, comenta los importantes hallazgos realizados por los galardonados.

El inglés Roger Penrose, el alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez fueron reconocidos por la Academia Sueca con el premio Nobel de Física 2020 por su trabajo sobre agujeros negros, su relación con la teoría de la relatividad de Albert Einstein y por hallar un agujero negro en el centro de la Vía Láctea.

Antonio Montero, Doctor en Astrofísica y profesor asistente del Departamento de Física de la USM, es experto en evolución de galaxias y cosmología, y nos explica la importancia de los hallazgos realizados por los científicos premiados por la academia.

¿Nos podrías comentar en qué consisten los hallazgos de los premio Nobel de Física sobre agujeros negros? ¿Cuáles son sus contribuciones?

En el caso de Sir Roger Penrose, que es además uno de los cosmólogos más importantes del siglo XX y principios del XXI, puede decirse que demostró matemáticamente la existencia (inevitable) de los agujeros negros, que ya era predicha por la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein.

Reinhard Genzel y Andrea Ghez, por otro lado, han sido galardonados por su trabajo experimental. Descubrieron un objeto en el centro de la galaxia que, según indican las observaciones, sólo puede describirse como un agujero negro de enorme tamaño (“supermasivo”). Gracias a este descubrimiento, hoy sabemos que la mayoría de las galaxias masivas albergan en su región central un objeto de estas características, que se “nutre” del material circundante. Se trata, por lo tanto, de un caso más en el que la academia sueca reconoce, al mismo tiempo, la contribución teórica y experimental a un descubrimiento.

La academia cita el premio diciendo que “Los descubrimientos de los galardonados de este año han abierto nuevos caminos en el estudio de objetos compactos y supermasivos” ¿Nos podrías explicar este punto?

Efectivamente. Cabe resaltar que el estudio de los agujeros negros se han convertido, en los últimos 50 años, en un campo fundamental para la astrofísica y la cosmología. Su relevancia es notable para infinidad de teorías astrofísicas, que no sólo atañen a su formación, sino a la  influencia que los mismos ejercen sobre procesos tan dispares como la evolución de galaxias o la generación de ondas gravitacionales.

Centrándonos un poco más en la pregunta, los “objetos compactos” son el resultado último de la evolución estelar. Cuando una estrella agota totalmente su combustible, el cual le permite emitir energía y mantener su estructura, termina colapsando por efecto de su propia masa. Este proceso de “colapso gravitatorio”, dependiendo de la masa de la estrella, puede dar lugar a tres tipos de objetos compactos, cuya formación  viene generalmente precedida de una gran explosión o supernova: enana blanca, estrella de neutrones, y, finalmente, para las estrellas  más masivas, agujeros negros.

En el caso de éstos últimos, no existe fuerza que pueda detener el colapso del material, produciéndose la “rotura”  del espacio-tiempo y creándose lo que se conoce como una “singularidad” (un punto de infinita densidad y donde las  leyes de la física conocida no se cumplen). Aquí precisamente entra en escena la teoría de Einstein.

Estos agujeros negros, particularmente los que se encuentran en el centro de las galaxias, pueden continuar “acretando” (absorbiendo) material, dando lugar a un agujero negro supermasivo.  Se estima que la masa del agujero negro hallado por Genzel y Ghez en el centro de nuestra Vía Láctea es más de cuatro millones de veces la masa del Sol.

Hace más de un año tuvo lugar uno de los mayores hitos en la historia de la astrofísica, particularmente en lo que a la observación del Universo se refiere. Se trata de la primera fotografía de un agujero negro, tomada por una red internacional de radiotelescopios llamada Event Horizon Telescope (EHT o Telescopio de Horizonte de Sucesos, en español).

¿Cuál crees que son los desafíos a futuro sobre el estudio de agujeros negros? ¿Cuál es la dificultad para estudiarlos?

Existe, por supuesto, un desafío inherente al estudio de los agujeros negros, que viene determinado por sus propias características físicas. La existencia de una singularidad implica que ni siquiera la luz puede escapar del campo gravitatorio de un agujero negro, por lo que éstos no pueden ser observados directamente (a diferencia de otros objetos astronómicos como estrellas o galaxias). Lo que sí se puede hacer es observar la luz emitida por el material que es absorbido por el agujero negro (como en el caso de la fotografía obtenida con el EHT) o estudiar la influencia indirecta (gravitatoria) que éste ejerce sobre los objetos y el material circundante.

Realmente son muchos los desafíos concretos para el futuro, tanto desde el punto de vista teórico como experimental, pero los avances de las últimas décadas nos hacen ser optimistas. Hasta ahora, son pocos los agujeros negros cuya existencia haya sido confirmada y que puedan ser estudiados. Destacaría en este aspecto, las fascinantes posibilidades que la reciente detección de las ondas gravitacionales, otra ilustre predicción de la teoría de Einstein, proporcionan en el campo del estudio de los agujeros negros.

¿Algo importante para destacar?

Primero, una curiosidad: el artículo donde Penrose formula su teoría sobre el colapso gravitatorio, según la cual da lugar ineludiblemente a una singularidad (agujero negro), y por el cual ha recibido este premio Nobel, fue publicado en 1965. Ese mismo año nacía Andrea Ghez, otra de las galardonadas con el Nobel, y la cuarta mujer en recibir esta distinción.

Segundo, cabe destacar la importante contribución de la astronomía chilena al estudio experimental de los agujeros negros. Gran parte de las observaciones de Genzel fueron realizadas con el VLT, un sistema de telescopios ubicado en el Observatorio Paranal, en la región de Antofagasta. Por otro lado, los radiotelescopios ALMA y APEX, también radicados en tierras chilenas, participan en el citado proyecto EHT, responsable de la obtención de la primera fotografía de un agujero negro.

Noticia original: https://noticias.usm.cl/2020/10/08/profesor-del-departamento-de-fisica-comenta-alcances-del-premio-nobel-de-fisica-2020/