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El premio Nobel de Física reivindica a Albert Einstein

El británico Roger Penrose, el alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez fueron galardonados con el Nobel de Física 2020 por sus descubrimientos en torno a los agujeros negros y su relación con la Teoría de la Relatividad, anunció la Real Academia de las Ciencias Sueca en Estocolmo. La mitad del premio recayó en Penrose, de 89 años, por demostrar "que la formación de un agujero negro es una predicción sólida de la teoría de la relatividad general"; y la otra mitad del premio se la reparten Genzel, de 68, y Ghez, de 55, por descubrir "un objeto compacto y extremadamente pesado en el centro de nuestra galaxia". Pero ¿de qué estamos hablando? Intentemos explicarlo:

Tenemos que imaginar una estrella un poco más masiva que el Sol, en las últimas fases de su vida, cuya masa va colapsando hacia su núcleo. Llega un momento en el que la presión en él es demasiado intensa y la estrella explota en una supernova. Pero no desaparece. Queda un resto muy compacto, una enana blanca o una estrella de neutrones, y si el colapso gravitatorio continúa, acaba formándose un agujero negro.

El universo es una inmensidad que se recrea en forma constante. Es importante considerarlo para aproximarse a los 'agujeros negros'.


Un 'agujero negro' en sí no se puede observar (de ahí su nombre), pero sí es posible detectar el disco de acreción a su alrededor, formado por la materia atraída hacia el centro del agujero. 

Esa materia ya no tiene escapatoria una vez atraviesa el horizonte de sucesos, que es la zona alrededor del agujero en la que, para poder huir de su atracción, dicha materia necesitaría una velocidad de escape equivalente a la de la luz.

Hay varios tipos de agujeros negros:

** los estelares, que son los formados a partir del colapso de una estrella más masiva que el Sol, o 
** los supermasivos, que se encuentran en el centro de algunas galaxias, y cuyo origen no está tan claro. 

El que se encuentra en el corazón de la galaxia M87 tiene una masa unas 3.000 millones de veces superior a la solar y mide 18.000 kilómetros de diámetro.

Los agujeros negros representan uno de los mejores ejemplos de la 'teoría de la relatividad, de Albert Einstein, cuyas ecuaciones ya predecían su existencia. 

Todo cuerpo con masa y un campo gravitatorio, curva el espacio-tiempo a su alrededor: el efecto de lente gravitatoria provoca que la luz se curva al pasar por sus proximidades en su camino hacia la Tierra. Así como se detectaron algunos casos.

La teoría

Un agujero negro​ es una región finita del espacio en cuyo interior existe una concentración de masa lo suficientemente elevada como para generar un campo gravitatorio tal que ninguna partícula material, ni siquiera la luz, puede escapar de ella. 

Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir un tipo de radiación, la llamada 'radiación de Hawking', conjeturada por Stephen Hawking en la década de 1970. 

La radiación emitida por agujeros negros como Cygnus X-1 no procede del propio agujero negro sino de su disco de acreción, una estructura en forma de disco, compuesto de gas y polvo girando en torno a un objeto central masivo. 

El material del disco, por pérdida de energía rotacional, tiende a decaer hacia el centro, donde la masa se suma a la del objeto central.

Se conjetura que en el centro de la mayoría de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea, hay agujeros negros supermasivos.

El 11 de febrero de 2016, las instalaciones colaborativas LIGO, Virgo y GEO600 anunciaron la primera detección de ondas gravitacionales, producidas por la fusión de dos agujeros negros a unos 410 millones de pársecs, unos 1.337 millones de años luz de la Tierra.

La historia

El término 'agujero negro' fue popularizado por John Archibald Wheeler, en 1968, y hace referencia a regiones en el universo con una concentración de masa tan intensa, que genera un potente campo gravitatorio de cuya atracción ni siquiera la luz puede escapar.

El concepto de un cuerpo tan denso que ni siquiera la luz puede escapar de él fue descrito en un artículo enviado en 1783 a la Royal Society por el geólogo y clérigo inglés John Michell, relata Wikipedia. 

Por aquel entonces la 'teoría de Newton' de la gravitación y el concepto de velocidad de escape eran muy conocidas. 

Michell calculó que un cuerpo con un radio 500 veces el del Sol y la misma densidad, tendría, en su superficie, una velocidad de escape igual a la de la luz y sería invisible. 

En 1796, el matemático francés Pierre-Simon Laplace explicó una idea similar en las dos primeras ediciones de su libro 'Exposition du Systeme du Monde', aunque, al ganar terreno la hipótesis de que la luz era una onda sin masa, fue descartada en ediciones posteriores.

En 1915, Albert Einstein desarrolló la relatividad general y demostró que la luz era influida por la interacción gravitatoria. 

Unos meses después, Karl Schwarzschild encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, donde un cuerpo pesado absorbería la luz: el 'radio de Schwarzschild' es el radio del horizonte de sucesos de un agujero negro que no gira. 

En 1930, Subrahmanyan Chandrasekhar demostró que un cuerpo con una masa crítica (ahora conocida como 'límite de Chandrasekhar') y que no emitiese radiación, colapsaría por su propia gravedad porque no habría nada que se conociera que pudiera frenarla (para dicha masa la fuerza de atracción gravitatoria sería mayor que la proporcionada por el principio de exclusión de Pauli). 

Sin embargo, Eddington se opuso a la idea de que la estrella alcanzara un tamaño nulo, lo que implicaría una singularidad desnuda de materia, y que debería haber algo que inevitablemente pusiera freno al colapso, línea adoptada por la mayoría de los científicos.

En 1939, Robert Oppenheimer predijo que una estrella masiva podría sufrir un colapso gravitatorio y, por tanto, los agujeros negros podrían ser formados en la naturaleza. Esta teoría no fue objeto de mucha atención hasta los años '60, porque, después de la 2da. Guerra Mundial se tenía más interés en lo que sucedía a escala atómica.

En 1967, Stephen Hawking y Roger Penrose probaron que los agujeros negros son soluciones a las ecuaciones de Einstein y que en determinados casos no se podría impedir que se crease un agujero negro a partir de un colapso. 

La idea de agujero negro tomó fuerza con los avances científicos y experimentales que llevaron al descubrimiento de los púlsares. 

Poco después, John Wheeler​ acuñó el término 'agujero negro', durante una reunión de cosmólogos en Nueva York, para designar lo que anteriormente se llamó "estrella en colapso gravitatorio completo".