El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), en Puebla, es parte de una colaboración internacional, un proyecto llamado Event Horizon Telescope para capturar un agujero negro por primera en imágenes. Por: Ángela Posada-Swafford.
A casi cinco mil metros de altura, en la cima del volcán Sierra negra, en el estado de Puebla, una antena gigante de níquel apunta orgullosa al cielo como si supiera que ha hecho algo genial.
Y efectivamente, lo hizo. En 2017, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, un megaproyecto de radioastronomía entre Estados Unidos y México, se unió con otros siete telescopios en cuatro continentes para lograr captar una imagen de un agujero negro.
La “fotografía” fue tomada en el rango de ondas milimétricas —no ópticas— que produce la radiación emitida por los desdichados cuerpos espaciales cuando comienzan a caer dentro de la boca del “monstruo”. El levantamiento de información formó parte de la develación de la actual imagen del agujero negro.
Ese canto de cisne se conoce como horizonte de eventos (event horizon) y es el mítico punto de no regreso de un agujero negro.
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El proceso de capturar un agujero negro
El audaz proyecto de visualizar un horizonte de eventos, confirmar de una vez por todas la existencia de los agujeros negros y aprender un poco acerca de la historia natural de estas exóticas criaturas, se llama acertadamente el Event Horizon Telescope.
El truco consiste en crear una telaraña de antenas de radio globales y usarlas como un gigantesco interferómetro, básicamente un telescopio virtual con el diámetro efectivo de la Tierra, de altísima resolución.
Combinando los datos tomados por todos los observatorios, se espera poder ver lo que hasta ahora es una realidad: un anillo brillante formado cuando la luz se curva en la gravedad intensa alrededor de un agujero negro.
En 2017, los dos conejillos de indias seleccionados en el experimento fueron los agujeros negros en el centro de la Vía Láctea:
- Sagittarius A (a 26 mil años luz de distancia).
- M87 (Messier 87), en una gigante galaxia elíptica localizada en la constelación Virgo.
“En términos de su tamaño angular en el cielo, estos son los horizontes de eventos más grandes de cualquier agujero negro conocido”, dijo a la revista Nature Shep Doeleman, astrónomo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics y director del proyecto.
#Mexicanos catedráticos @Conacyt_MX , investigadores y estudiantes del @inaoe_mx y del @IRyAUNAM han colaborado con la obtención de esta primera imagen directa de un agujero negro #EHTBlackHole pic.twitter.com/kcK9VcoExJ
— GTM / LMT (@gtmlmt_oficial) April 10, 2019
Predicciones de Einstein
Los agujeros negros son una de las más locas predicciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein publicada en 1916. Sin embargo no muchos recuerdan que en realidad los objetos fueron anticipados, en 1783, por un británico llamado John Michell.
Michell, un sencillo párroco en el pueblo de Thornhill, era un visionario y estudioso de alto calibre cuyas contribuciones a la ciencia incluyen haber ayudado a establecer la disciplina de la sismología. Pero fue su concepto de una “estrella oscura” que atrapa la luz, presentado ante la Royal Society, el que ha resistido la prueba del tiempo.
- En el siglo XX, gracias al trabajo de Einstein, Karl Schwarzschild, Robert Oppenheimer y Stephen Hawking, el concepto pasó a ser parte de las conversaciones diarias,
- En 1968 John Wheeler acuñó el término “agujero negro” en una conferencia en la American Astronomical Society.
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Desagües cósmicos
La Relatividad General explica la fuerza que llamamos gravedad mediante la visualización de cosas que tratan de moverse en línea recta por un universo cuya geometría está deformada por la materia y la energía.
- Los cuerpos celestes siguen caminos curvos, como bolas en una ruleta.
- Siglos después de los enunciados de Michell, los astrónomos modernos concuerdan en que el Universo está lleno de estructuras masivas que no emiten luz.
Estrellas, planetas, átomos, partículas de polvo y hasta fotones antiquísimos, tal vez provenientes del mismo Big Bang, van cayendo dentro de estos vórtices misteriosos y nunca se les vuelve a ver.
La única evidencia que queda es la radiación que sale por los bordes del agujero.
Estos ‘desagües cósmicos’ han capturado desde siempre la imaginación de científicos, escritores, cineastas y otros artistas. Tal vez parte de la atracción es que nunca los hemos podido observar directamente.
Y el misterio continúa. Generaciones de astrónomos han basado sus carreras en los agujeros negros, sin llegar a ningún acuerdo acerca de lo que pasa en su interior. Sus observaciones muestran que de algún modo casi todas las galaxias parecen albergar uno de estos monstruos acurrucados en su centro. Y una de las preguntas del millón es qué mecanismo los impulsa a seguir creciendo.
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Los ‘hábitos alimenticios’ de un agujero negro
Por eso es importante entender los ‘hábitos alimenticios’ de los agujeros negros. Algunos comen más que otros, o más rápido, y en general, todos tienen malos modales en la mesa. Igual que un niño malcriado, la mayoría mastica de mala manera, escupiendo gran parte de su alimento en forma de jets de rayos X y la radiación que se escurre por el horizonte de eventos.
Según Doeleman, nuestro agujero negro Sagittarius A come más bien lentamente, dejando escapar una nube luminosa de gas caliente. Para verla, y tomar el retrato, hay que ver el cielo con la frecuencia correcta en términos de longitud de onda que permita observar el centro galáctico. Pero los dos agujeros negros escogidos están tan lejos de nosotros, que incluso con todo el poder del Event Horizon Telescope, aparecerán del tamaño de un bagel en la superficie de la luna.
Aun así, incluso si los investigadores logran obtener una imagen de unos cuantos pixeles borrosos, eso podría tener un gran impacto en la física, astrofísica y cosmología fundamentales. Según Nature:
“si logran capturar imágenes de lo que pasa en el borde del punto de no regreso, podrán obligar a la Teoría de la Relatividad General a pasar por una de las pruebas más extremas a que haya sido sometida”.
Aunque los expertos tienen una buena idea de cómo se pueden formar los agujeros negros pequeños, nadie sabe cómo se desarrollan los monstruos supermasivos. Y durante mucho tiempo, los astrónomos dudaban de poder algún día tener algún instrumento con la resolución necesaria para ir a observar.
El reto óptico de capturar un agujero negro
El reto era cuestión de óptica. La resolución de un telescopio depende mayormente de su anchura, o apertura, y de la longitud de onda de la luz a la cual está observando.
Los cálculos mostraron que para observar en longitudes de 1.3 o 0.78 milímetros (las bandas de radiación que no son absorbidas por la atmósfera o dispersadas por el polvo y los gases calientes interestelares) se necesitaría un telescopio más grande que la Tierra.
- A finales de los años 90, el astrofísico Heino Falcke y sus colegas, afirmaron que la distorsión óptica causada por la gravedad de un hoyo negro en realidad actuaría como un lente.
Según Doeleman, “ésa fue una muy buena noticia porque significaba que el centro de nuestra galaxia se podría tratar de observar usando la Interferometría de Muy Larga Base (VLBI)”, es decir, la telaraña de telescopios integrados para formar uno solo, virtual.
“Si tenemos suerte, podríamos ver algo que se parecería a un cacahuate feo”, le comentó Falcke a Nature.
“No sería un halo perfecto, como el de los santos de las imágenes medievales. Sería como una media luna, es decir, un lado de la imagen estaría más brillante porque la relatividad aumenta el brillo aparente del material que se mueve hacia nosotros.”
Gracias, en parte, a la asesoría del físico Kip Thorne, el filme Interstellar de Christopher Nolan en 2014 fue el primero en mostrar lo que uno vería realmente si pudiera volar cerca de un agujero negro.
“Entre el arte correcto y las observaciones reales, finalmente lograremos entender lo extrañísimos que deben verse estos objetos”, escribe Davide Castelvecchi, editor senior de física en Nature.
Cazadores de jets
Más allá de la apariencia del horizonte de eventos, los astrofísicos están interesados en la información que el EHT les pueda dar: los jets gigantes de partículas que algunos agujeros negros supermasivos escupen hacia el espacio intergaláctico a casi la velocidad de la luz.
Algunos agujeros, incluyendo el M87, exhiben jets aún más largos que sus propias galaxias. Pero no todos: si Sagittarius A tiene jets, tal vez son demasiado débiles, porque nadie los ha visto.
Los científicos no saben bien de qué están compuestos exactamente los jets, pero creen que juega un papel en la evolución cósmica. Por ejemplo, al calentar la materia, los jets evitan que el material se enfríe y forme estrellas, o sea, que actuarían como una especie de anticonceptivo de galaxias.
- En 2015, Doeleman publicó un estudio describiendo las primeras huellas de una estructura dentro del campo magnético alrededor de Sagittarius A, sugiriendo que los jets son producto de la rotación del agujero negro.
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2019: el año de la captura
Los astrónomos y todos nosotros iremos deshaciéndonos de imágenes que flotaban en nuestra mente acerca de cómo era o el parecido que podría tener un agujero negro con todas aquellas fotos y cuadros cinematográficos con los que hemos crecido.
El Event Horizon Telescope (EHT), logró mostrar una imagen, resultado de una base de de información, compartida por observatorios y telescopios, de cinco Petabytes (5 mil Terabytes, o 5 millones de Gigabytes).
- Además de vincular ocho observatorios de radio de todo el mundo para crear un enorme telescopio que logró capturar un agujero negro retratado en una imagen.
Texto por: Ángela Posada-Swafford
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