A finales de 2018, el observatorio de ondas gravitatorias, LIGO, anunció que había detectado la fuente más distante y masiva de perturbaciones del espacio-tiempo que se haya monitoreado jamás: ondas provocadas por pares de agujeros negros colisionando en el espacio exterior. Apenas en 2015 fuimos capaces de observar estos cuerpos astronómicos invisibles, los cuales solo se pueden detectar mediante su atracción gravitatoria.
La historia de nuestra búsqueda de estos objetos enigmáticos se remonta al siglo XVIII, pero la fase crucial se dio en un período adecuadamente oscuro de la historia humana: la Segunda Guerra Mundial.
El concepto de un cuerpo que atrape la luz, por lo tanto haciéndose invisible para el resto del universo, fue considerado por primera vez por los filósofos de la naturaleza John Michell y, luego, Pierre-Simon Laplace en el siglo XVIII. Usaron las leyes gravitatorias de Newton para calcular la velocidad de escape de una partícula de luz de un cuerpo, prediciendo la existencia de estrellas tan densas que la luz nunca podría escapar de ellas. Michell las llamó “estrellas oscuras”.
Pero después del descubrimiento de que la luz tomaba la forma de una onda en 1801, no quedó en claro cómo la luz se vería afectada por el campo gravitatorio newtoniano, así que se abandonó la idea de las estrellas oscuras. Tardamos alrededor de 115 años para entender cómo se comportaría la luz en forma de onda bajo la influencia de un campo gravitatorio, con la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein en 1915, y la solución de Karl Schwarzchild a este problema un año después.
Schwarzchild también predijo la existencia de un cuerpo con una circunferencia crítica, más allá de la cual la luz sería incapaz de cruzarla: el radio de Schwarzchild. Esta idea era similar a la de Michell, pero ahora esta circunferencia crítica era entendida como una barrera impenetrable.
Fue apenas en 1933 cuando Georges Lemaître mostró que esta impenetrabilidad era solo una ilusión que tendría un observador distante. Usando la ilustración ahora famosa de Alice y Bob, el físico propuso la hipótesis de que si Bob se mantuviera inmóvil mientras Alice saltaba dentro del agujero negro, Bob vería la imagen de Alice reducir su velocidad hasta congelarse poco antes de alcanzar el radio de Schwarzchild. Lemaître también mostró que, en realidad, Alice cruzaba esa barrera: Bob y Alice solo experimentaban el evento de manera diferente.
A pesar de esta teoría, por entonces no había un objeto conocido de ese tamaño, nada siquiera cercano a un agujero negro. Así, nadie creía que pudiera existir algo similar a las estrellas negras que propuso Michell. De hecho, nadie siquiera se atrevió a tratar la posibilidad con seriedad. Hasta la Segunda Guerra Mundial.
De las estrellas negras a los agujeros negros
El 1 de septiembre de 1939, el ejército nazi alemán invadió Polonia, propiciando el comienzo de la guerra que cambiaría por siempre la historia del mundo. Notablemente, fue ese mismo día en que se publicó el primer ensayo académico sobre los agujeros negros. El artículo ahora aclamado, Sobre la contracción gravitatoria continua, por J. Robert Oppenheimer y Hartland Snyder, dos físicos estadounidenses, fue un punto crucial en la historia de los agujeros negros. Esta coincidencia cronológica parece especialmente extraña cuando se toma en consideración cuán central fue el resto de la Segunda Guerra Mundial para el desarrollo de la teoría de los agujeros negros.
Este fue el tercero y último ensayo de Oppenheimer sobre astrofísica. En este, él y Snyder predicen la contracción continua de una estrella bajo la influencia de su propio campo gravitatorio, creando un cuerpo con una fuerza de atracción tan intensa que ni siquiera la luz podría escapar de él. Esta fue la primera versión del concepto moderno de un agujero negro, un cuerpo astronómico tan masivo que solo podría detectarse por su atracción gravitatoria.
Científicos captan a una estrella lanzar un rayo de luz antes de morir en agujero negro
En 1939, esto era todavía una idea demasiado extraña para ser creíble. Nos tomaría dos décadas para que el concepto se desarrollara lo suficiente para que los físicos empezaran a aceptar las consecuencias de la contracción continua descrita por Oppenheimer. Y la Segunda Guerra Mundial tuvo un papel crucial en su desarrollo, gracias a la inversión del gobierno estadounidense en la investigación de bombas atómicas.
Renacida de las cenizas
Por supuesto, Oppenheimer no fue solo un personaje importante en la historia de los agujeros negros. Luego se convertiría en el director del Proyecto Manhattan, el centro de investigación que llevó al desarrollo de las armas atómicas.
Los políticos entendieron la importancia de invertir en ciencias con el fin de obtener una ventaja militar. En consecuencia, por todas partes, hubo una inversión amplia en la investigación física revolucionaria relacionada con la guerra, la física nuclear y el desarrollo de tecnologías nuevas. Físicos de toda índole se dedicaron a este tipo de investigación y, como una consecuencia inmediata, los campos de la cosmología y la astrofísica se olvidaron en gran medida, incluido el artículo de Oppenheimer.
A pesar de la década perdida para la investigación astronómica a gran escala, la disciplina de la física prosperó en general como resultado de la guerra; de hecho, la física militar terminó aumentando la astronomía. Estados Unidos salió de la guerra como el centro de la física moderna. La cantidad de doctorados se disparó, y se estableció una nueva tradición de educación postdoctoral.
Para el final de la guerra, el estudio del universo se reavivó. Hubo un renacimiento en la teoría de la relatividad general otrora subestimada. La guerra cambió la manera en que hacemos física y, con el tiempo, llevó a que los campos de la cosmología y la relatividad general obtuviesen el reconocimiento que merecen. Y esto fue fundamental para la aceptación y el entendimiento de los agujeros negros.
La Universidad de Princeton entonces se convirtió en el centro de una nueva generación de relativistas. Fue allí que el físico nuclear John A. Wheeler, quien luego popularizó el nombre “agujero negro”, tuvo su primer contacto con la relatividad general y volvió a analizar la obra de Oppenheimer. Escéptico al principio, la influencia de relativistas cercanos, los nuevos avances en la simulación por computadora y la tecnología de radio —desarrollada durante la guerra— lo convirtieron en el más grande entusiasta de la predicción de Oppenheimer el día en que estalló la guerra, el 1 de septiembre de 1939.
Desde entonces, se han propuesto y descubierto nuevas propiedades y tipos de agujeros negros, pero todo esto culminó en 2015. La medición de las ondas gravitatorias creadas en un sistema binario de agujeros negros fue la primera prueba concreta de que existen los agujeros negros.
Carla Rodrigues Almeida es miembro invitado postdoctoral del Instituto Max Planck de Historia de la Ciencia, Alemania.
Este artículo apareció originalmente en The Conversation y se publica bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.
Publicado en cooperación con Newsweek / Published in cooperation with Newsweek
