Confirman tesis de Einstein sobre la teoría de la relatividad con los agujeros negros

Imagen: The Event Horizon Telescope (EHT)

• Un nuevo estudio publicado en la revista ‘Physical Review Letters’ confirma, una vez más, que la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein sigue vigente.

Julio García G. / Periodista de ciencia /

AN  / ARIZONA, EU.- Desde que fuera postulada en 1915, la Teoría General de la Relatividad (TGR) de Albert Einstein (1879-1955) ha sido puesta a prueba en múltiples ocasiones. Por ejemplo, en 1919, justo después de la Primera Guerra Mundial, un grupo de astrónomos encabezados por el inglés Sir Arthur Eddington, se dio a la tarea de organizar dos expediciones: una a la isla Príncipe en África y otra a Brasil.

La idea de Eddington fue la de observar un eclipse total para comprobar si la luz que llegaba del Sol a la Tierra, y que era parcialmente tapada por la Luna, se deformaba por los efectos gravitatorios de nuestro único satélite. Las mediciones fueron correctas y Einstein tuvo razón: la luz, que viaja a unos 300,000 kilómetros por segundo, sí cambia de posición cuando pasa cerca de un objeto.

Y no solamente la luz, sino que el tiempo también sufre modificaciones. De hecho, gracias a las geniales nociones del físico alemán, hoy sabemos que el espacio y el tiempo son dos conceptos que van unidos y que nuestra interacción con la realidad se da en cuatro dimensiones: tres de espacio y una más temporal.

Pero, ¿qué tan certera es la TGR a la hora de describir situaciones donde la fuerza de gravedad es extrema, como sucede en las inmediaciones de un agujero negro?

Resulta que sí es certera, porque los agujeros negros son objetos exóticos que impiden que ni siquiera la luz pueda escapar de ellos debido a que deforman la estructura espacio-temporal que los rodea. El espacio-tiempo puede ser imaginado como una cama elástica a la que le ponemos bolas de boliche de diferentes tamaños y pesos. Cuando una de las bolas de boliche pesa más, entonces habrá mayor curvatura en la superficie de la cama elástica (mayor gravedad). Y, por el contrario, cuando la bola pesa menos y es de menor tamaño, la curvatura será menos pronunciada (menor gravedad).

Como los agujeros negros pesan mucho y la curvatura que producen sobre el espacio-tiempo es tan pronunciada, entonces ni siquiera la luz puede escapar de su intenso campo de atracción gravitatoria.

Para que una nave espacial pueda despegar desde la superficie de la Tierra y lograr ponerse en órbita alrededor de nuestro planeta, necesita romper el efecto que supone la atracción de la gravedad. Por lo tanto, tiene que alcanzar una velocidad aproximada de 11 kilómetros por segundo para que la nave pueda dejar de “percibir” sus efectos. Pero si quisiéramos que esa nave espacial despegara desde la superficie de un agujero negro, entonces tendría que alcanzar una velocidad de 300,000 kilómetros por segundo -la velocidad de la luz- para lograrlo, algo imposible porque se requeriría de energía casi infinita para que la nave en cuestión pueda lograr ir a esas velocidades.

El pasado 1 de octubre, un equipo de científicos de la Universidad de Arizona, en colaboración con el proyecto Event Horizon Telescope, publicaron un artículo en la revista Physical Review Letters en el que mostraron su éxito al poner nuevamente a prueba la TGR, en este caso aplicada a los agujeros negros.

El experimento consistió en analizar imágenes del agujero negro supermasivo situado en el centro de M87, una galaxia elíptica en la constelación de Virgo, que se encuentra a 53 millones de años luz. Allí encontraron que la intensa gravedad de este inmenso agujero curva el espacio-tiempo y actúa como una lupa, lo que hace que la sombra que produce parezca más grande. El efecto lupa que genera la gravedad no solamente se puede observar en la sombra de un agujero negro, sino también en el llamado fenómeno de las lentes gravitacionales, que tiene lugar cuando un objeto distante y muy brillante, como un quasar, se curva alrededor de un objeto masivo como una galaxia que se interpone entre el objeto emisor (la luz de quasar) y el receptor (nuestros telescopios en la Tierra).

Y justamente en 1965, el matemático Roger Penrose -galardonado la semana pasada con el premio Nobel de Física 2020- propuso en un artículo publicado en la revista Physical Review Letters que la Teoría de la Relatividad predice la formación de agujeros negros. Ello significa que, con tan solo papel y lápiz, Penrose fue capaz de dilucidar y predecir la existencia de dichos objetos sin necesidad de recurrir a ningún tipo de experimento para probarlo. De la misma manera en la que Einstein, ayudado por su enorme imaginación, predijo que la fuerza de gravedad es consecuencia directa de la curvatura espacio-temporal.

Precisamente Penrose obtuvo el Nobel este año “por su descubrimiento de que la formación de agujeros negros es una robusta predicción de la Teoría General de la Relatividad”, según explicó la Real Academia de las Ciencias de Suecia.

El 14 de septiembre de 2015, el observatorio LIGO de Estados Unidos detectó ondas gravitacionales, es decir, las ondulaciones que produce el tejido del espacio-tiempo cuando se somete, por ejemplo, al choque de objetos masivos como dos agujeros negros. De hecho, las ondas de gravedad son tan débiles y tan difíciles de detecar, que durante décadas resultó imposible logarlo, pese a que su existencia también es consecuencia de lo que predice la TGR.

Hoy por hoy, a lo que están dedicados los científicos es a conciliar la Relatividad de Einstein con la Mecánica Cuántica. El origen de esta última también data de principios del siglo XX con los trabajos de Max Planck, Werner Heisenberg y Erwin Schrödinger, entre otros. Opera en el plano microscópico de las partículas atómicas y subatómicas, al contrario de la relatividad que lo hace en el mundo macroscópico.

La investigación sobre el agujero negro en M87 de Physical Review Letters, se puede consultar en el siguiente enlace: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.141104