Máxima expectación por la primera fotografía de un agujero negro de la historia
Todo apunta a que el consorcio global del Event Horizon Telescope presentará dos imágenes del horizonte de sucesos de dos agujeros negros supermasivos, uno en el centro de la Vía Láctea y otro en la galaxia M87.
Nunca hasta ahora se ha visto uno de estos objetos. El hallazgo es clave para confirmar las predicciones de la relatividad de Einstein y estudiar estos cuerpos, fundamentales en la evolución de las galaxias.
Todo apunta a que faltan poco más de 24 horas para que la humanidad presencie, por primera vez en la historia, la fotografía de un agujero negro. Este podría ser el motivo por el cual este miércoles astrónomos de todos los rincones del mundo han convocado una docena de ruedas de prensa para anunciar los primeros resultados del consorcio del « Event Horizon Telescope», EHT, cuya finalidad es tomar una instantánea del horizonte de sucesos de un agujero negro. Aunque la existencia de estos objetos es aceptada de forma universal, gracias a sus efectos gravitatorios sobre cuerpos cercanos, nadie ha visto uno hasta ahora.
A las 15.00 de la tarde, hora peninsular española, los 200 astrónomos del proyecto EHT presentarán los resultados de su campaña de observación de 2017. Habrá ruedas de prensa en Bruselas, Lyngby, Santiago de Chile, Shanghai, Tokio, Taipei y Washington. En Bruselas, la rueda de prensa se celebrará en el edificio de la Comisión Europea, el Berlaymont, y, en Madrid, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha convocado a todos los medios.
¿Qué veremos?
Por el momento, se desconoce cuáles son los resultados que se harán públicos, pero, en el caso más favorable, se observarán simulaciones del horizonte de sucesos del agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea, conocido como Sagitario A*, y de otro situado en el centro de la galaxia vecina M87, en la constelación de Virgo, y que está emitiendo un jet de energía de miles de años luz de largo.
Los agujeros negros supermasivos son objetos que almacenan la masa de millones de soles en espacios muy reducidos, y que se caracterizan por estar rodeados por una banda de plasma (gas muy caliente) girando a enormes velocidades. También se caracterizan por tener un horizonte de sucesos, que es una región que funciona como un punto de no retorno que, una vez atravesado, impide que nada, ni la luz, escapen del interior de estos objetos. Se puede decir, por tanto, que los agujeros son pozos gravitacionales en los que el espacio-tiempo colapsa y atrapan la luz y la materia a perpetuidad. Por último, dentro de los agujeros negros existe una singularidad gravitacional, un punto sin dimensiones con densidad infinita.
Tal como explicó para este periódico Sheperd Doeleman, director del proyecto EHT, en 2017, con estas observaciones se espera ver un anillo luminoso de materia rodeando los agujeros negros, caracterizado por su asimetría debido al efecto doppler: dado que los agujeros están rotando, y como en un lado del anillo la luz y la materia se mueven hacia nosotros, nos parece más brillante, mientras que en el otro lado la luz y el material se están alejando, por lo que parecen más tenues. Por tanto, en principio las imágenes de los agujeros negros recordarían mucho a las de la película «Interestellar», con la diferencia de que este no representa la mencionada asimetría.
Simulación de un agujero negro aparecida en la película «Interestellar» / Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures
En todo caso, resta por ver si los astrónomos han conseguido que las imágenes sean lo suficientemente nítidas como para poder comparar lo observado con lo predicho por las teorías. De hecho, uno de los problemas que los investigadores han tenido que hacer frente es el ruido introducido por los sistemas electrónicos en las observaciones.
Un telescopio global
Sean cuales sean los resultados que se muestren este miércoles, son fruto de una campaña de observación llevada a cabo en 2017, en la que se coordinaron las observaciones de ocho radiotelescopios diferentes, por medio de relojes atómicos. Dichos telescopios observaron los agujeros negros en longitudes de onda de un milímetro (entre el infrarrojo y los microondas).
Estas observaciones se sincronizaron a través de una técnica conocida como interferometría, y que permite sumar varias antenas para lograr unos resultados similares a los de un instrumento gigantesco, tan grande como la Tierra. De hecho, en este caso se combinaron las observaciones de telescopios situados en Arizona y Hawái (Estados Unidos), España, México, Chile y el polo Sur.
Esta es la única forma de observar la silueta de los agujeros negros de la Vía Láctea o de M87 porque, aunque ambos son objetos grandes, para la escala humana, están extremadamente lejos. Por ejemplo, se cree que Sagitario A* (que tiene una masa de cuatro millones de soles) tiene un diámetro de 44 millones de kilómetros, lo que le permitiría caber en el interior de la órbita de Mercurio, pero resulta difícil de ver porque está a 26.000 años luz de la Tierra. El otro objeto, situado en M87, es 1.500 veces más masivo que Sagitario A*.
Según ha dicho Sheperd Doeleman, director del proyecto EHT, el reto es comparable al de ver una naranja puesta en la superficie de la Luna desde la Tierra.
Supercomputadoras y 4 petabytes de información
Hacer estas observaciones ha llevado mucho tiempo. Los astrónomos observaron estos agujeros negros durante cinco noches. Recogieron un total de cuatro petabytes de información (cuatro millones de gigabytes), que equivalen al «peso» que tendrían las canciones en formato MP3 necesarias para estar sonando 8.000 años seguidos. Los datos son tan voluminosos que los científicos no han podido transmitirlos por internet, sino que han tenido que moverlos por medio de discos duros.
Esta información se usó luego para elaborar modelos tridimensionales sobre ambos agujeros negros, contrastando los datos con las predicciones de la física para los agujeros negros en varias circunstancias. La tarea ha sido tan complicada, que los astrónomos han necesitado dos años para correlacionar, calibrar e interpretar los datos, con la ayuda de supercomputadores.
«Lo que supondría la imagen del agujero negro, si la conseguimos, sería coger la predicción más extraña y extrema de la relatividad general, uno de los mayores logros de la mente humana, y combinarla con la tecnología más avanzada con una colaboración a escala planetaria, en la que se han empleado las técnicas estadísticas más avanzadas y nuevas técnicas de imagen», dijo Peter Galison, miembro del equipo del EHT y científico en la Universidad de Harvard, en una conferencia celebrada en marzo. «Es como hacer una nueva cámara con un nuevo tipo de película y de lentes, combinándolo con otras cámaras a la vez».
Poner a prueba a Einstein
Según resaltó Galison, tomar una foto de un agujero negro no solo probaría la existencia e estos objetos, sino que permitiría poner a prueba las predicciones de la relatividad de Einstein.
NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI / Feryel Ozel
«Einstein nos dijo hace 100 años cuál debería ser el tamaño y la forma de la sombra –de un agujero negro–», dijo Doeleman en dicha conferencia. «Si pudiéramos poner una regla junto a la sombra, podríamos poner a prueba la teoría de Einstein del límite del agujero negro». Hasta ahora, las observaciones habían permitido averiguar que el tamaño de la silueta de Sagitario A* es el que predice la teoría y que el horizonte es asimétrico, tal como se espera.
Nunca hasta ahora se ha predicho la relatividad de Einstein a esta escala. El último «empujón» relevante a esta teoría ocurrió en 2015, cuando se detectaron de forma directa, por primera vez, las ondas gravitacionales predichas por este científico, gracias a la fusión de parejas de agujeros negros. Ahora está por ver si Einstein también acertó a la hora de predecir cómo son los agujeros negros supermasivos, millones de veces más pesados que aquellos.
Y comprender a Sagitario A*
Además de afianzar, o no, la relatividad, las observaciones del EHT probablemente también revelarán interesantes datos sobre el agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea. Tal como ha explicado a ABC Charles Hailey, experto en este objeto en la Universidad de Columbia (EE.UU.), «nuestro agujero negro supermasivo es muy misterioso: no pone mucha de su energía en forma de rayos X, como sí ocurre con los otros agujeros negros de muchas otras galaxias. Decimos que es infraluminoso, pero apenas estamos comenzando a entender por qué».
La clave está en que se desconocen los detalles de cómo la materia, gas y estrellas, que engullen los agujeros, es transformada en potente radiación, y también cómo caen hacia ellos, previamente. «Es muy probable que el EHT dilucide todas estas preguntas, sobre todo en combinación con otras observaciones en la banda de rayos X».
Saber todo eso es fundamental para estudiar cómo los agujeros negros supermasivos que existen en la mayoría de las galaxias influyen en su evolución. «Incluso cuando estos objetos apenas contribuyen a una pequeña parte de la masa de una galaxia, parecen tener un efecto desmesurado en su evolución. Este es sin duda un campo muy activo en la astrofísica ahora mismo».
Parece que en los próximos años lo estará aún más. Sheperd Doeleman ha dicho en The New York Times que en abril del año pasado el EHT hizo otra observación de Sagitario A* y de M87, y que por entonces recogieron el doble de datos que en la primera observación. «Nuestro plan es llevar a cabo estas observaciones de forma indefinida y ver cómo las cosas cambian», ha reconocido.
La teoría de la Relatividad dice que la sombra del agujero será circular, como en el centro / Eventhorizontelescope.org
¿Por qué ver el horizonte de sucesos pondría a prueba la Relatividad?
Según la teoría, la potente curvatura del espacio-tiempo provocada por la gravedad del agujero negro genera una sombra oscura rodeada por un anillo de fotones en el entorno. También sostiene que la forma de la sombra es casi circular. Por eso, detectar esta sombra y comprobar qué forma tiene es un modo de obtener una prueba experimental de que la Relatividad General es correcta. A causa del efecto Doppler, un lado del anillo es más brillante que el otro.
Esta teoría también sostiene que el diámetro de la sombra es proporcional a la masa del agujero negro. Por eso, detectar esta sombra le permitiría a los astrónomos obetener una estimación directa de la masa de los agujeros negros en función de la distancia a la que se encuentran.
El teorema del no pelo dice que el espacio-tiempo que está en los alrededores de una gujero negro puede expresarse en función de la masa y del giro del agujero negro. El resto de la información queda oculta pro el horizonte de sucesos (por eso se dice que el agujero no tiene pelos, o sea, información, a partir de este punto).
Pero si un agujero violase este teorema, la sombra podría quedar deformada, como en las partes izquierda y derecha de la imagen de arriba. Por eso observar directamente un agujero puede ayudar a descartar o a aceptar este teorema.
