La primera imagen de un agujero negro

Primera imagen de un agujero negro | imagen EHT

Este 10 de abril de 2019 a partir de las 13 h UMT (15:00, hora peninsular española) en varias ruedas de prensa se ha presentado la primera “imagen” de un agujero negro. Inicialmente pensamos que correspondería al superagujero negro, de nombre Sagitario A*,  que está a 26000 años-luz de nosotros, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Pero lo que se nos ha mostrado es la “imagen” del superagujero negro que hay en torno a la galaxia M87 que está a 55 millones de años luz de la Tierra. ¿Por qué se ha obtenido la imagen de M87 y no la de Sagitario A*? La razón probablemente está en que el agujero de M87 es más activo y es mucho más masivo que el nuestro. Su masa equivale a 65000 millones de veces la masa del Sol, unas 1500 veces mayor que la de Sagitario A*.

En nuestra galaxia, y en el resto de las galaxias, probablemente hay muchísimos agujeros negros. En la nuestra se estima que algo menos de un agujero negro cada mil estrellas, pero probablemente todos ellos, salvo Sagitario A*, tienen su origen en la muerte de estrellas muy másicas que al final de sus vidas explotan y en su centro queda un agujero negro. El caso de Sagitario A* es distinto. Quizás se originó poco después del inicio del universo y tuvo un papel fundamental en la formación de nuestra galaxia. Sabemos que probablemente todas las galaxias cobijan un agujero negro de este tipo en su centro, algunos miles de veces mayor que Sagitario A, como es en M87, que es el que se ha presentado en la rueda de prensa.

Para entender cómo se llego a la evidencia de que, en el centro de las galaxias, quizás en todas, hay un agujero negro veamos el caso de la nuestra. Desde hace decenas de años se han ido fotografiando sistemáticamente las estrellas donde se suponía que estaba Sagitario A* . Se han observado que orbitan en torno a un punto (centro de masas), lo que era una evidencia clara de que allí debía estar un agujero negro. Conocido los periodos orbitales y distancias de estas estrellas al agujero negro se pudo determinar que tiene una masa equivalente a 4,2 millones de masas solares, a partir de ello se dedujo que su radio es algo menor que el que hay desde el centro del Sol a la órbita de Mercurio. Se entiende por radio de un agujero negro la distancia que hay desde su centro al horizonte de sucesos, que se conoce como Schwarzschild. El horizonte de sucesos puede entenderse como una esfera imaginaria que una vez atravesada nada sale (excepto la tenue radiación de Hawking que es indetectable)

Sagitario A* es un agujero negro muy poco activo pues probablemente ha absorbido casi todo el gas que debió rodearlo hace miles de millones de años. Pero nuestro agujero negro no está muerto, en el sentido de que aún sigue absorbiendo el poco gas que le rodea. En ese proceso el gas se calienta y emite rayos X y que a su vez originan ondas de radio. Las ondas de radio pueden ser observadas desde la superficie de la Tierra por los radiotelescopios. De hecho, la primera evidencia de este agujero negro procedía de las ondas de radio que nos llegaban del centro de la galaxia.

Hace unos años se puso en marcha un proyecto conocido como Event Horizon Telescope (EHT) cuyo objetivo era obtener la imagen de Sagitario A* y de otros agujeros negros galacticos. Para ello se usaron 8 radiotelescopios (en algún caso como ALMA son grupos de radiotelescopios) que conjuntamente se comportan como un gigantesco radiotelescopio de superficie próxima a la que tendria el circulo inscrito en un meridiano terrestre. Una superficie tan grande era necesaria para poder resolver con suficiente detalle la sombra que proyecta el agujero negro sobre el fondo que hay detrás de él. Se compara la capacidad de resolución de este superadiotelescopio virtual (EHT)  del tamaño de la Tierra con la de observar desde Madrid una pelota de gol en Moscú.

En los agujeros negros galácticos como Sagitario A* o el de M87 el gas envuelve al agujero negro a una distancia unas dos veces el radio de Schwarzschild. Además, la luz (fotones) que llega al agujero negro es curvada y este queda envuelto por una esfera caótica de fotones. Todo esto es consecuencia la Teoría General de la Relatividad. Lo que muestra la fotografía es la silueta circular oscura que el agujero negro proyecta sobre el fondo que es más brillante. El color no es real, es un falso color asignado a las ondas milimétricas y submilimetricas detectadas. El ojo solo ve en el entorno de unos centenares de nanometos. El borde que se ve en la imagen interior que se ve en la imagen no corresponde al horizonte de sucesos, realmente está algo más allá. Según ha dicho el presidente de EHT Science: “Si estamos inmersos en una región brillante, como un disco de gas brillante, esperamos que un agujero negro cree una región oscura similar a una sombra, algo predicho por la relatividad general de Einstein que nunca hemos visto antes, …. Esta sombra, causada por la inclinación gravitacional y la captura de luz por el horizonte de eventos, revela mucho sobre la naturaleza de estos objetos fascinantes y nos permitió medir la enorme masa del agujero negro de M87.

Los problemas técnicos han sido muy importantes. Como ya ocurrió con las ondas gravitacionales hace unas décadas se consideraban inabordables. La técnica para combinar todos los radiotelescopios es lo que se conoce como “interferometría de muy larga base” o VLBI que que permite observar un objeto con varios radiotelescopios como si se tratase de uno solo. Uno de los problemas más importante era sincronizar la información lo que ha requerido el empleo de relojes atómicos ultraprecisos, cada señal llevaba asociada el tiempo exacto en el que se tomó. Además, los radiotelescopios no cubrían todo el espacio de ese circulo imaginario, ha sido necesario “rellenar” los espacios sin señal. Según nos cuentan en sitio de EHT: Para darte una idea de cómo funciona [el relleno de zonas sin señal], puedes pensar en las mediciones que hacemos con los telescopios como las notas en una canción. Cada telescopio produce mediciones que corresponden al tono de una única nota. Si tuviéramos telescopios en cada punto del planeta podríamos oír todas las notas y escuchar una versión perfecta de la canción. Debemos reconocer la canción a partir de algunas pocas notas. Cada nueva observación representa una nota, y cada nota adicional va haciendo más clara la estructura de la canción.”

Por ahora hemos visto la sombre de M87, esperamos que se nos muestra la de Sagitario A* dentro de un año.

Este artículo nos lo envía Guillermo Sánchez León, Profesor en la Universidad de Salamanca y autor de más de 100 artículos y ponencias,  algunos de divulgación científica que podéis encontrar en su web. Guillermo ha escrito además varios artículos en Naukas que podéis disfrutar en el siguiente enlace.

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