'El centro de nuestra Vía Láctea está ocupado por un agujero negro supermasivo'

Jueves, 19 noviembre 2020

Miguel García Echevarría, Profesor ayudante Doctor del Departamento de Física y Matemáticas, conversa con uah.esnoticia acerca de los últimos descubrimientos en relación a los agujeros negros que, además, es la temática central de los galardonados en los Premios Nobel de Física de este año. 

- En los últimos meses ha habido varias noticias importantes relacionadas con el descubrimiento de agujeros negros y su actividad. ¿Cuál de todas las noticias que has conocido te ha parecido más llamativa?

Entre ellas, creo que ha sido muy relevante el reciente hallazgo de las colaboraciones de los interferómetros LIGO (EE.UU.) y Virgo (Italia), la detección por ondas gravitacionales del agujero negro más grande jamás observado. Este objeto, llamado GW190521, se creó hace unos 7000 millones de años y ha sido detectado gracias a una onda gravitacional de una décima de segundo.

Lo realmente llamativo es su tamaño: tiene una masa de 142 masas solares, que cae dentro del rango de los llamados agujeros negros de masa intermedia. Hasta el momento, no se había observado directamente ningún agujero negro de esta categoría, que engloba masas entre las 100 y las 100 mil masas solares. Sí se habían observado agujeros negros más pequeños, de unas decenas de masas solares, y también mucho más grandes, de centenas de miles hasta miles de millones de masas solares, que son los que se observan en el centro de galaxias.

Además, según los análisis de LIGO y Virgo, se produjo por la colisión y posterior fusión de dos agujeros negros de 85 y 66 masas solares, que están fuera del rango permitido para agujeros negros estelares. Por tanto, no hay explicación de cómo pudieron originarse por el momento, porque la hipótesis de que pudieran haberse formado a su vez por la colisión anterior de otros agujeros negros estelares más pequeños es muy improbable. 

agujeros negros interior
Miguel García Echevarría

- ¿Queda mucho por saber de agujeros negros? ¿Por qué?

Sin duda. Los agujeros negros son objetos realmente fascinantes que prueban nuestro conocimiento actual en varias fronteras. De hecho, las observaciones están llegando a un punto en el que se hace necesaria una reconciliación de dos ramas aparentemente alejadas de la física: la mecánica cuántica, que rige el mundo de lo pequeño, y la teoría de la relatividad general, que explica los fenómenos en el inmenso cosmos. Los agujeros negros son un laboratorio natural donde nuestro entendimiento de estas teorías se pone en entredicho y es necesario desarrollar una teoría más avanzada.

Por ejemplo, no se conoce si hay un límite inferior al tamaño (masa) de los agujeros negros. Los conocidos como micro agujeros negros son una posibilidad dentro de la teoría que, por otro lado, son difícilmente observables ya que desaparecerían casi instantáneamente después de su creación debido a la llamada radiación de Hawking.

Respecto a los agujeros negros súper masivos, todavía no se sabe cómo se forman. No pueden haberse formado a partir de ninguna estrella, debido a su enorme masa. Quizá se pueden haber formado por la colisión de galaxias, que a su vez tenían agujeros negros en su interior. Pero no está claro que este proceso se haya podido dar en el tiempo de vida que ha tenido el universo. Otra hipótesis es que se formaran ya en el Big Bang.

Y por otro lado, quedan todavía cuestiones teóricas muy profundas que no se entienden, como el aumento de la entropía de un agujero negro y el papel que juega en ello la radiación de Hawking, la existencia misma de esta radiación, o la paradoja de la pérdida de información dentro de un agujero negro.

- Hace sólo un año se fotografió el primer agujero negro, el M87. Desde hace unos meses, existe una polémica por si es un agujero negro o una estrella de bosones invisible. ¿Qué consideraciones destacas de estos descubrimientos?

Es cierto que muchos de los agujeros negros supermasivos podrían ser estrellas de bosones. Estos objetos no estarían hechos de fermiones, como los agujeros negros convencionales, que son partículas como los electrones, protones y neutrones. Sino que los formarían bosones, como son los fotones, gluones, bosones W y Z y el conocido bosón de Higgs. La diferencia entre fermiones y bosones es que los fermiones obedecen el principio de exclusión de Pauli, que nos dice que dos fermiones no pueden ocupar el mismo estado energético. Es decir, a los fermiones, de alguna manera, no les gusta estar juntos. Por el contrario, los bosones no tienen problemas en juntarse, de tal forma que una estrella de bosones puede concentrar una gran cantidad de materia en un espacio muy pequeño, y así parecerse y quizá confundirse con un agujero negro.

De todas formas, estudios recientes parecen descartar la posibilidad de que el M87, en particular, sea una estrella de bosones, ya que las observaciones no son compatibles con lo que uno vería si así fuera: la zona oscura del M87, es decir la región que está dentro del llamado horizonte de sucesos, es demasiado grande como para corresponder a una estrella de bosones. En cualquier caso, no se descarta que otros objetos que parecen ser agujeros negros supermasivos, sean realmente estrellas de bosones.

- El premio Nobel de Física 2020 se ha concedido a Roger Penrose por demostrar la existencia de agujeros negros según la teoría de la relatividad general, y Reinhard Genzel y Andrea Ghez por demostrar que los agujeros negros son capaces de interferir en las órbitas de estrellas cercanas. ¿Este premio tiene que ver con el gran avance que han supuesto estos descubrimientos? ¿Qué suponen para la física ambas cuestiones?

Los descubrimientos de los últimos meses relacionados con los agujeros negros, algunos de ellos utilizando las también recientemente descubiertas ondas gravitacionales como instrumento de observación, ciertamente han puesto de relieve la trascendencia de los logros de Penrose, Genzel y Ghez. El primero fue capaz de demostrar matemáticamente la existencia de los agujeros negros como consecuencia directa de la teoría de la relatividad general de Einstein, algo que el propio Einstein no creía posible. Y Genzel y Ghez lideraron dos grupos independientes de científicos que, gracias al desarrollo de nuevas técnicas de observación y tratamiento de imágenes, pudieron demostrar que el centro de nuestra Vía Láctea está ocupado por un objeto supermasivo y compacto, siendo un agujero negro supermasivo la explicación más plausible. Estos descubrimientos están en la base de la cosmología moderna, y nos empujan a expandir los límites de las teorías actuales.

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