El Premio Nobel de Física de este año ha sido concedido a tres científicos por sus trabajos sobre los agujeros negros. El cosmólogo británico Roger Penrose recibirá la mitad del premio, y la mitad restante se repartirá entre el astrofísico alemán Reinhard Genzel y la astrofísica estadounidense Andrea Ghez. Ghez es la cuarta mujer en la historia que recibe el venerable premio de física.
«El premio de este año trata de los secretos más oscuros del universo», dijo Göran K. Hansson, secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, en un acto de prensa. La academia reconoció a Penrose por su «descubrimiento de que la formación de agujeros negros es una predicción sólida de la teoría general de la relatividad», añadió Hansson, mientras que Ghez y Genzel fueron premiados «por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia».
Los agujeros negros son regiones del espacio en las que la fuerza de la gravedad es tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. Para crear uno, dijo Ulf Danielsson, físico del Comité Nobel de Física, en el evento, «habría que comprimir el sol en una región de sólo unos pocos kilómetros de ancho, o exprimir la Tierra hasta el tamaño de un guisante». En el corazón de cada agujero negro se encontraría una «singularidad», un punto en el que la gravedad exprime la materia hasta una densidad infinita, envuelta por un «horizonte de sucesos» más allá del cual todo lo que caiga dentro no podría volver al universo exterior más amplio. Aunque los científicos habían especulado sobre su existencia durante siglos, no estaba claro si estos objetos extremos podían darse en la realidad. Incluso Albert Einstein -cuya teoría general de la relatividad constituye la base moderna para entender los agujeros negros- dudaba de su existencia.
Pero en 1965 Penrose, un físico que trabajó con Stephen Hawking y que ahora es profesor emérito de la Universidad de Oxford, «demostró matemáticamente que los agujeros negros podrían existir realmente, formándose en un proceso estable y robusto» consistente con las teorías de Einstein, dijo a los periodistas David Haviland, un físico del Real Instituto de Tecnología KTH de Suecia y presidente del comité del premio de física.
«Penrose y Hawking demostraron que, para las estrellas de cierto tipo, los agujeros negros son un resultado prácticamente inevitable del colapso estelar», afirma Sabine Hossenfelder, física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de Frankfurt (Alemania). «Antes de este trabajo pionero, la mayoría de los físicos pensaba que los agujeros negros eran meras curiosidades matemáticas que aparecían en la relatividad general, pero que no existían en la realidad. En cambio, resultó que los agujeros negros son difíciles de evitar en el colapso estelar y que el universo debería estar lleno de ellos…. La historia del descubrimiento de los agujeros negros demuestra vivamente lo poderosas que pueden ser las matemáticas puras en la búsqueda de la comprensión de la naturaleza»
El trabajo de Penrose sobre los agujeros negros no se limitó a demostrar su posibilidad en el marco de la relatividad general, señala Avi Loeb, astrofísico de la Universidad de Harvard y director de su Iniciativa de Agujeros Negros. Penrose también demostró cómo extraer energía de los agujeros negros que giran -el llamado proceso de Penrose-, que puede desempeñar un papel importante en la alimentación de los cuásares, los objetos ultraluminosos vinculados a los voraces agujeros negros en los núcleos de antiguas galaxias lejanas. Y la «hipótesis de la censura cósmica» de Penrose, dice Loeb, «salva nuestra capacidad de predecir el futuro en todo el universo de la patología de las singularidades asociadas a los agujeros negros, donde la teoría de Einstein se rompe…. Al igual que en Las Vegas, «lo que ocurre dentro del horizonte de sucesos, se queda dentro del horizonte de sucesos».
Mientras Penrose, Hawking y otros teóricos codificaban los fundamentos físicos de los agujeros negros, los astrónomos observacionales buscaban y estudiaban estos objetos exóticos con un detalle cada vez mayor.
En la década de los noventa comenzó a producirse un descubrimiento decisivo. Genzel -director de astronomía infrarroja del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Garching (Alemania)- y Ghez -profesor de la Universidad de California en Los Ángeles- dirigían sendos equipos de investigación independientes que utilizaban potentes telescopios infrarrojos dotados de óptica adaptativa para observar el corazón de la Vía Láctea, cubierto de polvo. Allí, ambos equipos observaron cómo las estrellas se arremolinaban alrededor de una misteriosa fuente oscura central, un objeto invisible que, según los movimientos de las estrellas, debía contener la masa de cuatro millones de soles. «No hay otra explicación que un agujero negro supermasivo», dijo Danielsson.
Observaciones posteriores, principalmente desde el telescopio espacial Hubble, han revelado que tales agujeros negros supermasivos acechan en los centros de casi todas las grandes galaxias del universo observable. Esta observación insinúa que estos objetos, lejos de ser meros arcanos astrofísicos, son quizás los bloques de construcción más cruciales del universo para las estructuras cósmicas a gran escala.
«La ciencia es muy importante, y presentar la realidad de nuestro mundo físico es fundamental para nosotros como seres humanos», dijo Ghez en una entrevista con los periodistas tras conocer su premio. «No tenemos ni idea de lo que hay dentro de los agujeros negros…. Representan realmente la ruptura de nuestra comprensión de las leyes de la física. Esa es parte de la intriga: todavía no lo sabemos».
Los equipos de Genzel y Ghez siguen haciendo nuevos descubrimientos sobre el agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea, apodado Sagitario A*, como los nudos de gas sobrecalentado que brillan en espiral hacia el olvido. Nuevas instalaciones, como el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO) y el interferómetro Virgo, estudian la fusión de pares de agujeros negros detectando sus emisiones de ondas en el espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales. Y las observaciones de radio en curso de Sagitario A*, así como las investigaciones de otro objeto supermasivo en la galaxia cercana M87 realizadas por el Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT), que abarca todo el mundo, están generando revolucionarias imágenes de cerca de estos monstruos cósmicos.
«Todas estas técnicas innovadoras nos acercan más que nunca al límite de lo desconocido, ofreciendo nuevas formas de estudiar los objetos más misteriosos del cosmos y de poner a prueba nuestras teorías más fundamentales», afirma Sheperd Doeleman, director fundador del EHT. «Los resultados de los últimos años nos han permitido plantear preguntas que nunca habríamos podido formular antes. Pero lo más importante es que nos permiten soñar a lo grande». El trabajo que hoy se celebra con los Premios Nobel es transformador, y el futuro de los agujeros negros, como se dice, ¡es brillante!»
«Esto no es sólo una vieja aventura que llega a su conclusión triunfal», dijo Danielsson. «Es una nueva que comienza. A medida que nos acercamos a los horizontes de los agujeros negros, la naturaleza podría depararnos nuevas sorpresas».