Premiul Nobel pentru Fizică din acest an a fost acordat la trei oameni de știință pentru activitatea lor în domeniul găurilor negre. Cosmologul britanic Roger Penrose va primi jumătate din premiu, iar cealaltă jumătate va fi împărțită între astrofizicianul german Reinhard Genzel și astrofizicianul american Andrea Ghez. Ghez este doar a patra femeie din istorie care primește venerabilul premiu pentru fizică.
„Premiul din acest an se referă la cele mai întunecate secrete ale universului”, a declarat Göran K. Hansson, secretarul general al Academiei Regale Suedeze de Științe, în cadrul unui eveniment de presă. Academia l-a recunoscut pe Penrose pentru „descoperirea sa că formarea găurilor negre este o predicție solidă a teoriei generale a relativității”, a adăugat Hansson, în timp ce Ghez și Genzel au fost premiați „pentru descoperirea unui obiect compact supermasiv în centrul galaxiei noastre.”
Găurile negre sunt regiuni ale spațiului în care forța de gravitație este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa. Pentru a crea una, a declarat Ulf Danielsson, un fizician din Comitetul Nobel pentru Fizică, în cadrul evenimentului, „ar trebui să comprimi Soarele într-o regiune cu un diametru de numai câțiva kilometri – sau să comprimi Pământul până la dimensiunea unui bob de mazăre”. În inima fiecărei găuri negre s-ar afla o „singularitate”, un punct în care gravitația comprimă materia până la o densitate infinită, învăluită de un „orizont al evenimentelor” dincolo de care orice lucru care cade înăuntru nu s-ar putea întoarce în universul exterior mai larg. Deși oamenii de știință au speculat despre existența lor timp de secole, nu era clar dacă astfel de obiecte extreme ar putea exista în realitate. Chiar și Albert Einstein – a cărui teorie generală a relativității formează baza modernă pentru înțelegerea găurilor negre – s-a îndoit de existența lor.
Dar în 1965 Penrose, un fizician care a lucrat cu Stephen Hawking și care este acum profesor emerit la Universitatea din Oxford, a „demonstrat matematic că găurile negre ar putea exista cu adevărat, formându-se într-un proces stabil și robust” în concordanță cu teoriile lui Einstein, a declarat reporterilor David Haviland, fizician la Institutul Regal de Tehnologie KTH din Suedia și președinte al comitetului pentru premiul pentru fizică.
„Penrose și Hawking au demonstrat că, pentru stelele de un anumit tip, găurile negre sunt un rezultat destul de inevitabil al colapsului stelar”, spune Sabine Hossenfelder, fizician teoretician la Institutul de Studii Avansate din Frankfurt, Germania. „Înainte de această lucrare revoluționară, majoritatea fizicienilor credeau că găurile negre sunt doar curiozități matematice care apar în relativitatea generală, dar că ele nu ar exista în realitate. În schimb, s-a dovedit că găurile negre sunt greu de evitat în colapsul stelar și că universul ar trebui să fie plin de ele…. Povestea descoperirii găurilor negre demonstrează în mod viu cât de puternică poate fi matematica pură în încercarea de a înțelege natura.”
Lucrările lui Penrose privind găurile negre nu s-au oprit la a dovedi posibilitatea lor în cadrul relativității generale, notează Avi Loeb, astrofizician la Universitatea Harvard și director al Inițiativei pentru găuri negre a acesteia. Penrose a arătat, de asemenea, cum se poate extrage energia din găurile negre care se învârt – așa-numitul proces Penrose, care ar putea juca un rol important în alimentarea quasarilor, obiectele ultraluminoase legate de găurile negre vorace din miezul galaxiilor vechi îndepărtate. Iar „ipoteza cenzurii cosmice” a lui Penrose, spune Loeb, „salvează capacitatea noastră de a prezice viitorul în întregul univers de patologia singularităților asociate cu găurile negre, unde teoria lui Einstein se prăbușește…. La fel ca în Las Vegas, „tot ceea ce se întâmplă în interiorul orizontului evenimentelor, rămâne în interiorul orizontului evenimentelor.”
În timp ce Penrose, Hawking și alți teoreticieni codificau bazele fizice ale găurilor negre, astronomii de observație căutau și studiau aceste obiecte exotice în detalii din ce în ce mai mari.
O descoperire revoluționară a început să apară în anii 1990. Genzel – director de astronomie în infraroșu la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră din Garching, Germania – și Ghez – profesor la Universitatea din California, Los Angeles – conduceau fiecare o echipă de cercetare independentă care folosea telescoape puternice în infraroșu augmentate cu optică adaptivă pentru a privi în inima acoperită de praf a Căii Lactee. Acolo, ambele echipe au fost martorele unor stele care se învârteau în jurul unei misterioase surse întunecate centrale, un obiect nevăzut pe care mișcările stelelor sugerau că ar trebui să conțină masa a patru milioane de sori. „Nu există altă explicație decât o gaură neagră supermasivă”, a spus Danielsson.
Observațiile ulterioare, în principal de la Telescopul Spațial Hubble, au dezvăluit că astfel de găuri negre de dimensiuni uriașe se ascund în centrele aproape tuturor galaxiilor mari din universul observabil. Această observație sugerează că aceste obiecte, departe de a fi simple arcane astrofizice, sunt poate cele mai importante elemente de construcție ale universului pentru structurile cosmice la scară largă.
„Știința este atât de importantă, iar prezentarea realității lumii noastre fizice este esențială pentru noi, ca ființe umane”, a declarat Ghez într-un interviu cu reporterii după ce a aflat de premiul său. „Nu avem nicio idee despre ce se află în interiorul găurilor negre…. Ele reprezintă cu adevărat prăbușirea înțelegerii noastre a legilor fizicii. Asta face parte din intrigă – încă nu știm.”
Echipele lui Genzel și Ghez continuă să facă noi descoperiri despre gaura neagră supermasivă centrală a Căii Lactee, supranumită Sagittarius A*, cum ar fi nodurile de gaz supraîncălzit care strălucesc în timp ce se transformă în spirală spre uitare. Noi instalații, printre care se numără Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) și interferometrul Virgo, studiază perechile de găuri negre care fuzionează prin detectarea emisiilor de unde în spațiu-timp, numite unde gravitaționale. Iar observațiile radio în curs de desfășurare ale lui Sagittarius A*, precum și astfel de investigații ale unui alt obiect supermasiv din galaxia învecinată M87 realizate de Event Horizon Telescope (EHT), care se întinde pe tot globul, generează imagini revoluționare de aproape ale acestor monștri cosmici.
„Toate aceste tehnici revoluționare ne aduc mai aproape ca niciodată de marginea necunoscutului, oferind modalități noi de a studia cele mai misterioase obiecte din cosmos și de a testa cele mai fundamentale teorii ale noastre”, spune Sheperd Doeleman, director fondator al EHT. „Rezultatele din ultimii ani ne-au permis să punem întrebări pe care nu le-am fi putut formula niciodată înainte. Dar, mai important, ele ne permit să visăm măreț. Munca sărbătorită astăzi prin Premiile Nobel este transformatoare, iar viitorul găurilor negre, așa cum se spune, este luminos!”
„Aceasta nu este doar o aventură veche care se apropie de o concluzie triumfătoare”, a spus Danielsson. „Este una nouă care începe. Pe măsură ce ne apropiem tot mai mult de orizonturile găurilor negre, natura ar putea să ne rezerve noi surprize”
.