Al igual que hace tres años, el premio Nobel de Física en su edición de 2020 ha premiado trayectorias científicas dedicadas a entender la gravitación y sus efectos en el Universo. Los galardonados han sido el gran teórico de los agujeros negros Roger Penrose y dos de los astrofísicos que más han hecho por observar los efectos de estos exóticos objetos en el mundo real, el alemán Reinhard Genzel y la estadounidense Andrea Ghez.
En 1965, Roger Penrose ya era un gran geómetra convertido en físico. Sus profundas intuiciones fisicomatemáticas se materializaron mediante la publicación del artículo que, parcialmente, le ha valido esta distinción: “Colapso gravitacional y singularidades espacio-temporales”. En éste, Penrose aplica los llamados Métodos Globales (elaborados casi todos por él mismo) para probar que, bajo condiciones muy generales, la existencia de regiones con una gravedad tan fuerte que la luz no puede escapar implica que el espacio-tiempo colapsa a un punto con densidad de energía infinita. O, en otros términos: una gravedad muy fuerte provoca colapso gravitacional, se forma un horizonte de sucesos y en su interior hay una singularidad. Dicho resultado es de fundamental importancia: por un lado, muestra con elegancia que los agujeros negros son una predicción robusta de la Teoría de la Relatividad General de Einstein, pero, por otro lado, predice el final de la misma en tanto en cuanto no es aplicable en las singularidades. Curiosamente, grandes resultados de la Física y la Matemática del siglo pasado también tienen en sus entrañas este halo de imposibilidad; por ejemplo, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg y los Teoremas de Incompletitud de Gödel. Cuanto más conocemos, más desconocemos, lo cual es una gran noticia para la Ciencia.
Sin lugar a duda, las técnicas matemáticas descubiertas por Penrose son dignas de mención y, en general, difíciles de entender. Sin embargo, uno de los conceptos clave con el que revolucionó nuestra comprensión sobre los agujeros negros es más accesible: la superficie atrapada. Cuando nos enseñaron Física en el colegio aprendimos que, si lanzamos un cohete con suficiente velocidad, entonces la gravedad terrestre no es capaz de retenerlo y escapa al espacio exterior. Michell y Laplace, tomando este ejemplo casi al pie de la letra, predijeron la existencia de unas estrellas tan densas que ni siquiera la luz podría escapar de su atracción gravitatoria. Dichas estrellas negras son las predecesoras de nuestros agujeros negros actuales. Penrose, casi trescientos años después, generalizó el concepto de velocidad de escape de la siguiente manera. Imaginemos un cascarón esférico que emite luz. En condiciones normales, si la gravedad es débil, tendremos dos tipos de rayos de luz: los que se dirigen hacia fuera del cascarón y los que se dirigen hacia dentro. Pero si la gravedad es suficientemente fuerte, entonces los rayos que se dirigen hacia fuera en algún punto van a retornar; la gravedad “tira” de ellos y no pueden escapar. El cascarón se convierte entonces en una superficie atrapada. Eso es el horizonte de sucesos de un agujero negro, un punto de no retorno, una superficie atrapada. Sin dicho concepto, probablemente Penrose no hubiera podido regalarnos sus descubrimientos.
La otra mitad del premio ha galardonado el trabajo de dos astrofísicos que capitanean grupos rivales, y llevan más de veinte años estudiando el movimiento de las estrellas más cercanas al centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Para ello, han contado con los telescopios más potentes y los detectores infrarrojos más sensibles que existen en el mundo. El grupo de Reinhard Genzel, en el Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Munich, ha dispuesto de los telescopios del Observatorio Europeo Austral, en Chile. Este consorcio europeo, actualmente dirigido por el español Xavier Barcons, lidera el desarrollo de la instrumentación astronómica más avanzada. A lo largo de los años, el equipo de Genzel ha espoleado el perfeccionamiento de tecnologías punteras para poder estudiar con detalle estrellas situadas a decenas de miles de años luz y escondidas detrás de inmensas cantidades de polvo interestelar. La mayor parte de los grupos líderes en el estudio de imágenes astronómicas a muy alta resolución espacial en Europa están dirigidos por antiguos estudiantes de Genzel, como es el caso de Rainer Schödel, del Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada.
El equipo de Ghez, en la Universidad de California Los Ángeles ha contado con los telescopios gemelos Keck, en Hawaii, los segundos mayores telescopios del mundo, después del Gran Telescopio Canarias, en La Palma. Fruto de más de veinte años de sana competencia ha sido la confirmación de la existencia de un agujero negro de unos cuatro millones de veces la masa del Sol en el mismo centro de la Galaxia. En unos pocos años el Observatorio Europeo Austral inaugurará su telescopio gigante, veinte veces más potente que los de la actual generación. ¿Qué nuevas maravillas nos revelará?
