Tres galardonados comparten el Premio Nobel de Física 2020 por sus descubrimientos sobre uno de los fenómenos más exóticos del universo, los agujeros negros. Roger Penrose demostró que los agujeros negros son una consecuencia directa de la teoría general de la relatividad. Reinhard Genzel y Andrea Ghez descubrieron que un objeto invisible y extremadamente pesado gobierna las órbitas de las estrellas en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Un agujero negro supermasivo es la única explicación admitida actualmente.

Roger Penrose desarrolló ingeniosos métodos matemáticos para explorar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein. Demostró que la teoría conduce a la formación de agujeros negros, monstruos del espacio- tiempo que capturan todo lo que entra en ellos. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar.

Si los agujeros negros podrían formarse en condiciones reales fue una cuestión que intrigó a Roger Penrose. La respuesta, como el mismo comentó, surgió en el otoño de 1964 durante una caminata con un colega en Londres, donde Penrose era profesor de matemáticas en el Birkbeck College. Cuando dejaron de hablar para cruzar una calle, se le ocurrió una idea. Después, esa tarde, pensó en ello. Esta idea, a la que llamó “superficies atrapadas”, era la clave que había estado buscando inconscientemente, una herramienta matemática crucial necesaria para describir un agujero negro.

Una superficie atrapada obliga a todos los rayos a apuntar hacia un centro, independientemente de si la superficie se curva hacia afuera o hacia adentro. Utilizando superficies atrapadas Penrose pudo demostrar que un agujero negro siempre esconde una singularidad, un límite donde el tiempo y el espacio desaparecen. Su densidad es infinita y, hasta el momento, no existe una teoría sobre cómo abordar este extrañísimo fenómeno de la física.

Una vez que la materia comienza a colapsar, y se forma una superficie atrapada, nada puede detener el colapso. No hay vuelta atrás. La materia solo puede cruzar el horizonte de eventos de un agujero negro en una dirección. El tiempo reemplaza entonces al espacio y todos los caminos posibles apuntan hacia adentro, el flujo del tiempo lleva todo hacia un final ineludible en la singularidad . Si atraviesas el horizonte de sucesos de un agujero negro supermasivo nadie podrá verte caer y tu viaje continuará eternamente. Lo que ocurre dentro de de un agujero negro es inaccesible a las leyes de la física; los agujeros negros esconden todos sus secretos detrás de su horizonte de eventos.

Reinhard Genzel y Andrea Ghez lideran sendos grupos de astrónomos que se han centrado en una región en el centro de la Vía Láctea desde principios de la década de 1990. Con gran precisión han cartografiado las órbitas de las estrellas más brillantes cercanas al centro. Ambos grupos encontraron algo,  invisible y pesado,  que obliga a girar a estas estrellas. Esta masa invisible tiene alrededor de cuatro millones de masas solares comprimidas en una región no más grande que nuestro sistema solar. ¿Qué es lo que hace que las estrellas en el corazón de la Vía Láctea se muevan a velocidades tan asombrosas? Según la teoría actual de la gravedad solo hay un candidato: un agujero negro supermasivo.

Hace cien años el astrónomo estadounidense Harlow Shapley fue el primero en identificar el centro de la Vía Láctea en la dirección de la constelación de Sagitario. Con observaciones posteriores  detectaron allí una intensa fuente de ondas de radio que recibió el nombre de Sagitario A*.

En la década de 1990 los telescopios más grandes y un mejor equipo permitieron estudios más sistemáticos de Sagitario A *. Reinhard Genzel y Andrea Ghez comenzaron proyectos para intentar ver a través de las nubes de polvo el corazón de la Vía Láctea.

La llegada de la óptica adaptativa fue crucial para mejorar las observaciones. Los telescopios ahora están equipados con un espejo extra que compensa la turbulencia del aire y corrige la imagen distorsionada.

Durante casi treinta años Reinhard Genzel y Andrea Ghez han observado estrellas en el lejano revoltijo estelar del centro de nuestra galaxia. Desarrollando y refinando continuamente la tecnología con sensores de luz digital más sensibles y mejores ópticas adaptativas, la resolución de la imagen ha mejorado más de mil veces. Ahora pueden determinar con mayor precisión las posiciones de las estrellas.

Se rastrean unas treinta de las estrellas de las más brillantes. Las estrellas se mueven rápidamente en un radio de un mes luz desde el centro, dentro del cual realizan una danza agitada como la de un enjambre de abejas. Las estrellas que se encuentran fuera de esta zona, en cambio, siguen sus órbitas elípticas de forma más ordenada.

Roger Penrose demostró que los agujeros negros son una consecuencia directa de la teoría general de la relatividad pero en las singularidades, donde la gravedad es infinitamente fuerte, esta teoría deja de tener aplicación. En el campo de la física teórica se está llevando a cabo un intenso trabajo con el fin de elaborar una nueva teoría de la gravedad cuántica. Se trata de conciliar los dos pilares de la física, la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, ya que ambos han de aplicarse en el interior de los agujeros negros.

Al mismo tiempo las observaciones nos acercan a los agujeros negros. El trabajo pionero de Reinhard Genzel y Andrea Ghez ha abierto el camino a nuevas pruebas, más precisas, de la teoría general de la relatividad y sus predicciones más exóticas. Lo más probable es que estas mediciones también puedan proporcionar pistas para nuevos conocimientos teóricos. El universo tiene muchos secretos y sorpresas por descubrir