Al fin podemos verlo: un agujero negro al natural. Astrónomos del Event Horizon Telescope han revelado una fotografía tomada de un gigantesco agujero negro situado en el corazón de la cercana galaxia Messier 87. El resultado es una poderosa confirmación de la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, utilizada para predecir la existencia de los agujeros negros hace más de un siglo. Es también un logro impresionante para el equipo de más de 200 científicos involucrados, que trabajó durante años para producir la imagen que combina señales de ocho observatorios de radio diseminados por todo el planeta.
“Estoy realmente orgulloso de los resultados”, comenta Heino Falcke, de Radboud University en Nijmegen, Países Bajos, uno de los líderes de la colaboración Event Horizon Telescope (EHT), que anunció el resultado en una serie coordinada de conferencias de prensa a nivel global. Pero reconoce que el proceso de dos años de escudriñar los datos y generar las imágenes “fue el período más difícil de mi vida en lo emocional”.
Aunque muy pocos dudaban de la existencia de los agujeros negros, verlos -o al menos su sombra- era un desafío inmenso. Los agujeros negros tienen campos gravitacionales tan fuertes que ni siquiera la luz puede escapar, de forma que son definidos por una esfera negra sin rasgos denominada “horizonte de eventos”. Sin embargo, los contornos pueden verse, ya que adquieren un disco de gas, y lo mueven a altas temperaturas, de forma que brilla mucho a diferentes longitudes de onda.
Antes un campo teórico, ahora experimental
Tras ver la forma de este anillo, doblado en una media luna asimétrica creciente por la gravedad del agujero negro, empieza una nueva era de la astrofísica. El tamaño y la forma precisos del anillo ayudará a los investigadores a probar las ecuaciones gravitacionales de Einstein, para ver si resisten la prueba o es necesaria otra teoría de la gravedad. “Ahora podemos preguntarnos ésto”, confirma Falcke. “De repente se ha convertido en un campo experimental, no sólo teórico”.
El equipo del EHT, formado por científicos de 13 instituciones de todo el planeta, realizaron sus observaciones de M87 y del agujero negro del centro de nuestra Vía Láctea, -conocido como Sagitario A* (Sgr A*)- durante cinco noches en abril de 2017, utilizando ocho radiotelescopios sensibles a longitudes de onda de un milímetro. Se necesita esta longitud de onda específica porque puede penetrar la capa de polvo y gas que rodea los centros de las galaxias. Pero los retos eran enormes. A pesar de su masa, los agujeros negros son sorprendentemente pequeños debido a su intensa gravedad. El agujero negro del centro de M87 alberga la masa de 6.500 millones de soles, y mide unos 40.000 millones de kilómetros de diámetro, una cifra pequeña a nivel cósmico.
Ningún telescopio existente tiene la resolución suficiente como para ver un objeto tan pequeño a esa distancia. Por éso, la colaboración entre varios radiotelescopios con esa sensibilidad era tan importante. Sus datos combinados producen un radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra, durante un proceso llamado “interferometría de línea de base muy larga”. Los telescopios que utilizaron se extendían desde Hawai to Arizona, México a Francia, de Chile hasta el Polo Sur. Uno de los centros colaboradores es el IRAM 30m, situado en Sierra Nevada (España).
Esta colaboración había realizado observaciones anteriores con menos telescopios, pero en 2017 alcanzaron una cobertura global con la inclusión del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array de Chile, con 64 discos. Las ondas milimétricas se ven afectadas por las nubes, así que disponer de un tiempo claro era importante. En abril de 2017, el tiempo sonrió al proyecto. “Fue una de las partes más livianas del estudio”, comenta la astrofísica Feryal Özel, de University of Arizona en Tucson. “Algunos compañeros trabajaban en turnos de 16 ó 18 horas, pero la suerte nos sonrió. Analizar los datos fue mucho más duro”.
El proceso ha consumido el resto del tiempo hasta ahora. El volumen de los datos era tan enorme que no se pudo transmitir al Massachusetts Institute of Technology del Haystack Observatory en Westford y al Max Planck Institute for Radio Astronomy en Bonn, Alemania. En lugar de éso, tuvo que ser grabado en disco y enviado, lo que suponía un problema añadido para el telescopio situado en el Polo Sur. Se encontraba cerrado debido al invierno austral, así que los investigadores no tuvieron los datos en sus manos hasta casi el final de 2017. Se grabó un total de 4 petabytes (4,2 millones de gigabytes), cada lectura marcada con un reloj atómico. Si esos datos fueran música en MP3, su reproducción tomaría 8.000 horas.
“El procesamiento de los datos fue bastante espantoso”, dice Falcke. Los potentes procesadores utilizados comparan las lecturas entre pares de telescopios a diferentes distancias y en diferentes orientaciones a medida que la Tierra gira. Özel lo compara con la creación de una imagen 3D del cuerpo con una tomografía computerizada, pero en este caso no tienen todas las orientaciones que necesitan. «Teníamos que asegurarnos de que no estábamos completando los datos de una manera que pudiera influir en la interpretación«, comenta.
Luego tuvieron que calibrar todos los datos, que vienen de telescopios de diferentes características y calidades. “Cada telescopio tiene su propia personalidad”, afirma Falcke. Mientras tanto, los teóricos trabajan en un conjunto de modelos que describan lo que el proyecto debería ver, incluyendo incluyendo un escenario en el que algo hubiera salido mal. “No sabes lo que conseguirás”, comenta Özel. “Afortunadamente, ahora comprendemos lo suficiente para decir qué es. En última instancia, creo que lo que nos salvó es que la interpretación estaba clara”.
A Einstein no le gustaba la idea de los agujeros negros. Solo unos meses después de que publicara su teoría gravitacional, conocida como relatividad general, el físico alemán Karl Schwarzschild encontró una solución para las ecuaciones de Einstein que sugería que, si un objeto era lo suficientemente compacto y con bastante masa, su gravedad sería tan fuerte que evitaría que cualquier cosa escapase a su influjo gravitatorio, incluida la luz.
Evidencias de agujeros negros
Durante décadas, la mayoría de los físicos y astrónomos creyeron que una idea así era tan sólo una curiosidad matemática. Pero el descubrimiento de los púlsares por la astrofísica norirlandesa Jocelyn Bell Burnell en 1967 sugirió que los objetos compactos densos existían. Desde entonces, los astrónomos han acumulado mucha evidencia indirecta de la existencia de los agujeros negros, a partir de los efectos de su gravedad extrema. Los astrónomos han encontrado sistemas binarios, como Cygnus X-1, donde no hay señal del objeto más denso, aparte de que la sustancia de la que está hecha su estrella compañera se está acumulando, lo que sugiere que el objeto que la acompaña es un agujero negro.
Más evidencia proviene de los estudios de Sgr A*, una fuente de ondas de radio en el centro de nuestra galaxia Vía Láctea. En las últimas dos décadas, las observaciones de un puñado de estrellas en órbitas apretadas y rápidas sugieren que hay un agujero negro con una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro Sol.
La evidencia más convincente llegó en 2015, con la detección por parte del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory de la fusión cataclísmica de dos agujeros negros a través de las ondas gravitacionales (ondas en el espacio-tiempo) que emitieron.
Con el anuncio de hoy, sin embargo, por fin los astrónomos tienen evidencia visual: “Siempre quisimos ver esta maldita cosa”, comenta sonriente Falcke.
Fuente: Science.
