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Mié, Jun

Agujeros negros, el misterio que nació en la pizarra de Einstein

Ciencia y tecnología
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La primera imagen de uno de estos objetos confirma la Relatividad General, esbozada por el genio hace más de un siglo. Pero él no es la única figura clave ni esta fue su única aportación

(ABC) El pasado 10 de abril vimos cómo es un agujero negro por primera vez en la historia. La imagen fue fruto del trabajo de un consorcio internacional de 200 científicos del «Event Horizon Telescope» (EHT) y de un avance tecnológico sin precedentes. Los investigadores sincronizaron ocho observatorios para crear un telescopio virtual tan grande como la Tierra, que fue capaz de captar un objeto que en el cielo tendría el tamaño de una naranja puesta en la superficie de la Luna. Después, procesaron una cantidad ingente de datos, con la ayuda de super computadores, para poder reconstruir la sombra del misterioso cuerpo. Finalmente, la imagen obtenida confirmó los postulados de la Relatividad General de Albert Einstein, que el científico alemán esbozó en su pizarra, hace más de 100 años.

Y no sin esfuerzo. El genio estuvo casi una década trabajando en su teoría. En el año milagroso de 1905 había publicado cuatro artículos fundamentales para la Física, poco después de acabar su doctorado. En ellos explicaba el movimiento browniano, el efecto fotoeléctrico, por el que recibió el Nobel de Física, en 1921, y que sugirió fuertemente la dualidad onda-corspúsculo de la luz, desarrolló la Relatividad Especial, que acabó con la noción de tiempo y espacio absolutos, y estableció la equivalencia masa-energía, con su famosa fórmula (E=mc^2). Pero no fue hasta 1915 cuando publicó su Relatividad General, en la que presentó un marco teórico que sustituyó a la Gravitación Universal de Isaac Newton, publicada en 1686. De acuerdo con la Relatividad General, la atracción gravitatoria observada entre masas (como planetas) no se debe a la acción de fuerzas a distancia, sino a la curvatura del espacio-tiempo.

La importancia del tesón

«Una de las cosas que hacen a un científico ser un gran científico es la porfía», ha explicado a ABC Andrés Gomberoff, profesor en la Universidad Adolfo Ibáñez, en Santiago de Chile, y autor de «Einstein para perplejos» (Debate). «Y él la tenía. Creía en sus ideas y las llevaba hasta el final. Estuvo 10 años buscando algo porque sentía que era lo correcto, aunque no le resultaba, pero él siguió. Lo pensó mucho, hizo muchos zigzags y tuvo que aprender nuevas matemáticas... Hasta que dio con su teoría final, en 1915».

«Einstein creía en sus ideas y las llevaba hasta el final. Estuvo 10 años buscando algo porque sentía que era lo correcto, aunque no le resultaba, pero él siguió»

El tesón de Einstein cambió nuestra concepción del espacio, del tiempo, de la materia y del Universo. La Relatividad General consiguió explicar varias anomalías observadas en la órbita de Mercurio, que las teorías de Newton no podía explicar y, en 1919, Arthur Eddington confirmó que el Sol curvaba el espacio-tiempo gracias a un eclipse total. La Relatividad predijo la existencia de ondas gravitatorias, que fueron descubiertas de forma directa por primera vez en 2015, y su esbozo de las ecuaciones fue resuelto por otros científicos para ir dando forma al concepto de agujero negro. Pero se puede decir que el tesón de Einstein también le llevó a equivocarse.

«Él no tuvo un papel directo en el nacimiento del concepto de agujero negro», ha comentado José Luis Fernández Barbón, investigador científico del Instituto de Física Teórica CSIC/UAM. «De hecho siempre se mostró escéptico y llegó a tener una actitud negativa hacia ellos». Sin embargo, «los agujeros negros son consecuencia directa de sus ecuaciones, así que conceptualmente su papel fue fundamental».

«Einstein siempre se mostró escéptico y llegó a tener una actitud negativa hacia los agujeros negros»

Durante décadas, según ha dicho Gomberoff, el concepto de agujero negro fue «una cosa totalmente exótica, con unas características increíbles», como un horizonte de sucesos -un punto de no retorno en los agujeros a partir del cual nada, ni la luz, puede escapar de la gravedad- y una singularidad, una realidad física con ceros e infinitos. Así que no sorprende que lo que hoy se acepta con naturalidad, durante décadas fuera algo muy controvertido. «Se pensaba que el agujero negro era una curiosidad, algo imposible en la realidad», ha recordado Gomberoff.

 

Además, si las ideas de Einstein fueron esenciales en el nacimiento de la mecánica cuántica, gracias a gigantes como Schrödinger, Heisenberg, Bohr o Born, resultó que el genio rechazó la descripción probabilística impulsada por los físicos cuánticos, porque él creía en un mundo casual: «Yo, en cualquier caso, estoy convencido de que Él no juega a los dados», escribió Einstein, refiriéndose al Dios concebido por Baruch Spinoza.

Los límites de Einstein

Einstein se equivocó más veces. Cometió su «mayor error», cuando introdujo una constante cosmológica en sus ecuaciones para explicar con ellas un Universo estacionario, pero luego se descubrió que este es estaba expandiendo. En 1916 un artículo suyo fue rechazado en una revista científica, y su respuesta fue negarse a publicar allí de nuevo. En él, se retractaba de su propuesta de la existencia de ondas gravitatorias, confirmadas indirectamente en los sesenta y directamente en 2015.

Las Relatividad General se confirmó en 1919, pero pasó mucho tiempo hasta las recientes confirmaciones, la de ondas gravitatorias en 2015 y la del agujero negro esta semana. Según ha dicho Fernández Barbón, esto ocurre porque ha sido necesario «buscar efectos a distancia en objetos gravitacionalmente muy intensos, como agujeros negros, pero todos estos son pequeños y están muy lejos».

Décadas de confirmaciones han permitido que «el marco teórico de la Relatividad General esté totalmente afianzado», en opinión de este experto. «La cuestión es si vamos a encontrar desviaciones o no». Según ha dicho, lo más probable es que la Relatividad describa la física de los agujeros negros, pero que se quede en su superficie: «El interior es otro tema. Ahí sí sabemos que la teoría de Einstein deja de aplicarse, pero no tenemos manera de observar lo que pasa ahí dentro». Además, es fundamental conciliar la Relatividad General con la mecánica cuántica para describir la gravedad en la escala de lo más pequeño, cosa aún no lograda.

Para Dom Pesce, investigador del Event Horizon Telescope, la imagen recién publicada es importante porque captura «vívida y sucintamente la esencia de un agujero negro» y porque muestra «lo que se puede hacer con las nuevas técnicas». Ha explicado que próximamente se publicará la imagen del agujero negro super masivo del centro de la Vía Láctea, Sagitario A*, y que la tecnología empleada se usará en otros radiotelescopios.

Sea como sea, en el centro de la imagen publicada esta semana se esconde el agujero negro super masivo de la galaxia M87. Su oscuridad es insondable. Ninguna ecuación ni ley puede aclararnos qué está ocurriendo en su interior. Por eso, esta instantánea, que hace pensar en un donut, nos puso esta semana cara a cara con nuestra propia ignorancia.

«No veremos nada con mejor resolución en mucho tiempo»

La primera fotografía de un agujero negro ha sido posible gracias a la existencia de complejos y caros radio bservatorios distribuidos por todo el globo. El astrofísico Xavier Barcons, especializado en agujeros negros y galaxias, es Director General del Observatorio Europeo Austral (ESO), una institución clave para el más potente de todos ellos: ALMA.

-¿Que sintió al ver la imagen del agujero negro?

-Fue un momento muy emocionante y muy especial. Por fin vimos lo que habíamos imaginados durante décadas. Uno se da cuenta de que hemos dado un paso muy importante, porque la imagen confirma las teorías y modelos que tenemos.

-¿Cómo cambia esto la ciencia?

-Confirmar nuestras ideas es muy importante. Asienta el modelo de los agujeros negros gigantes, que juegan un papel muy importante en la evolución de las galaxias y del cosmos.

-¿Qué ocurrirá a continuación?

-Va a haber una segunda imagen de un agujero negro, en este caso en nuestra galaxia -Sagitario A*-. Pero con el equipamiento actual estamos en el límite.

-¿Qué quiere decir?

-Que no veremos nada con mejor resolución que lo visto esta semana en mucho tiempo, salvo que pongamos un radiotelescopio en el espacio. Ahora mismo el límite lo pone el tamaño de la Tierra -la observación depende de una técnica revolucionaria conocida como interferometría de muy larga base, que requiere vincular observatorios por todo el globo-. Pero las antenas de ALMA, en tierra, pesan 120 toneladas, así que es impensable ponerla en el espacio. Habría que usar una tecnología totalmente distinta, pero por ahora no hay ningún plan.

-¿No hay otros agujeros, aparte del situado en M87 y la Vía Láctea, para observar?

-Los demás son más pequeños -por estar más lejos de nosotros que Sagitario A*- , y necesitaríamos nuevos radiotelescopios. El observado esta semana tiene el tamaño con el que veríamos un átomo en nuestro pulgar si extendiéramos el brazo.

-¿Qué destacaría de la imagen?

-Todo ha sido fruto de varias cosas destacables. Primero, ya existían radiotelescopios capaces de observar en banda milimétrica, lo que es una tecnología muy compleja. Por ejemplo, ALMA, costó 1.300 millones de euros. Y esto ha sido posible gracias a la cooperación internacional. Es muy difícil que gobiernos, agencias y científicos con grandes diferencias culturales trabajen juntos, pero al final se ha conseguido.