Agujeros Negros

por Gaurav Khanna

Los agujeros negros son quizás los objetos más misteriosos de la naturaleza. Deforman el espacio y el tiempo de formas extremas y contienen una imposibilidad matemática, una singularidad: un objeto infinitamente caliente y denso en su interior. Pero si los agujeros negros existen y son verdaderamente negros, ¿cómo podríamos hacer una observación exactamente?

Agujeros Negros

Robert Penrose es un físico teórico que trabaja con agujeros negros , y su trabajo ha influido no solo en mí, sino en toda mi generación a través de su serie de libros populares que están cargados con sus exquisitas ilustraciones dibujadas a mano de conceptos físicos profundos. Ayer, el Comité Nobel anunció que el Premio Nobel de Física 2020 se otorgará a tres científicos, Sir Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez, quienes ayudaron a descubrir las respuestas a preguntas tan profundas. Andrea Ghez es solo la cuarta mujer en ganar el Premio Nobel de Física.

Agujeros negros
Roger Penrose era famoso por sus detalladas ilustraciones. 
Este es uno de sus diagramas de un universo vacío. 
Roger Penrose a través de Wikimedia, CC BY-ND

Como estudiante de posgrado en la década de 1990 en Penn State, donde Penrose ocupa un puesto de visitante, tuve muchas oportunidades de interactuar con él. Durante muchos años me sentí intimidado por este gigante en mi campo, solo dándome un vistazo de él trabajando en su oficina, dibujando dibujos científicos de aspecto extraño en su pizarra. Más tarde, cuando finalmente tuve el coraje de hablar con él, rápidamente me di cuenta de que se encuentra entre las personas más accesibles.

Las estrellas moribundas forman agujeros negros

Sir Roger Penrose ganó la mitad del premio por su obra fundamental en 1965 que demostró, utilizando una serie de argumentos matemáticos, que en condiciones muy generales, la materia colapsada desencadenaría la formación de un agujero negro.

Este riguroso resultado abrió la posibilidad de que el proceso astrofísico de colapso gravitacional, que ocurre cuando una estrella se queda sin combustible nuclear, conduzca a la formación de agujeros negros en la naturaleza. También pudo demostrar que en el corazón de un agujero negro debe haber una singularidad física: un objeto con densidad infinita, donde las leyes de la física simplemente se rompen. En la singularidad, nuestras propias concepciones del espacio, el tiempo y la materia se desmoronan y resolver este problema es quizás el mayor problema abierto de la física teórica actual.

Penrose inventó nuevos conceptos y técnicas matemáticas mientras desarrollaba esta prueba. Las ecuaciones que Penrose derivó en 1965 han sido utilizadas por los físicos que estudian los agujeros negros desde entonces. De hecho, solo unos años después, Stephen Hawking, junto con Penrose, utilizó las mismas herramientas matemáticas para demostrar que el modelo cosmológico del Big Bang, nuestro mejor modelo actual de cómo llegó a existir todo el universo, tenía una singularidad en el momento inicial. . Estos son resultados del célebre teorema de singularidad de Penrose-Hawking .

El hecho de que las matemáticas hayan demostrado que los agujeros negros astrofísicos pueden existir exactamente en la naturaleza es exactamente lo que ha impulsado la búsqueda para buscarlos utilizando técnicas astronómicas. De hecho, desde el trabajo de Penrose en la década de 1960, se han identificado numerosos agujeros negros.

Los agujeros negros juegan al Yo-Yo con las estrellas

La mitad restante del premio fue compartida entre los astrónomos Reinhard Genzel y Andrea Ghez, quienes lideran un equipo que descubrió la presencia de un agujero negro supermasivo, cuatro millones de veces más masivo que el sol, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea .

Genzel es astrofísico en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Alemania y la Universidad de California, Berkeley. Ghez es astrónomo de la Universidad de California en Los Ángeles.

La ubicación del agujero negro en la Vía Láctea
La ubicación del agujero negro en la Vía Láctea en relación con nuestro sistema solar. 
Johan Jarnestad / La Real Academia Sueca de Ciencias, CC BY-NC

Genzhel y Ghez utilizaron los telescopios más grandes del mundo (el Observatorio Keck y el Very Large Telescope) y estudiaron el movimiento de las estrellas en una región llamada Sagitario A * en el centro de nuestra galaxia. Ambos descubrieron de forma independiente que un objeto invisible extremadamente masivo, cuatro millones de veces más masivo que nuestro sol, está tirando de estas estrellas, haciéndolas moverse de formas muy inusuales. Esta se considera la evidencia más convincente de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia.

Este Premio Nobel de 2020, que sigue los pasos del Premio Nobel de 2017 por el descubrimiento de ondas gravitacionales de agujeros negros, y otros descubrimientos impresionantes recientes en el campo, como la imagen de 2019 de un horizonte de agujero negro del Event Horizon Telescope. —Servir de gran reconocimiento e inspiración para toda la humanidad, especialmente para aquellos de nosotros en la comunidad de la relatividad y la gravitación que seguimos los pasos del propio Albert Einstein.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original .

Crédito de la imagen:  Gerd Altmann de Pixabay

Fuente: https://singularityhub.com/2020/10/07/2020-nobel-prize-in-physics-awarded-for-work-on-black-holes-an-astrophysicist-explains-the-trailblazing-discoveries/

GAURAV KHANNA

Gaurav Khanna
Gaurav Khanna

Profesor de Física, Universidad de Massachusetts Dartmouth

El Dr. Khanna es profesor en el Departamento de Física y codirector del Centro de Computación Científica de la Universidad de Massachusetts Dartmouth. Trabaja en una variedad de problemas desafiantes en física teórica y computacional. Este proyecto de investigación principal está relacionado con la coalescencia de sistemas binarios de agujeros negros utilizando la teoría de la perturbación y la estimación de las propiedades de las ondas gravitacionales emitidas. Esta investigación es de relevancia para el conocido laboratorio NSF LIGO (y las próximas misiones espaciales) que acaban de lograr una observación directa de estas ondas. El Dr. Khanna tiene una amplia experiencia en computación paralela y científica como usuario habitual de las instalaciones XSEDE de NSF, y también tiene un conocimiento detallado de una variedad de arquitecturas de computadora (CPU de múltiples núcleos, GPU, APU, etc.).

Su investigación cuenta con el apoyo de la National Science Foundation (NSF), MA Space Grant Consortium (NASA), US Air Force Research (AFRL / AFOSR), fundaciones privadas (FQXi y otras) y la industria informática (Apple, IBM, Sony, Nvidia). y otros).

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