¿Qué fue exactamente lo que vieron los astrónomos?

En pocas palabras, lo que se reveló el día de hoy fue una imagen de los alrededores inmediatos de un agujero negro, "fabricada" usando la luz capturada muy cerca a él por varios radiotelescopios. 

Por definición la luz no puede salir directamente de un agujero negro, de modo que lo que vemos en la imagen es algo así como la sombra proyectada por el agujero contra el fondo de luz producido por gas muy caliente que gira alrededor de el "monstrico".

Imagen de los alrededores del agujero negro central de la galaxia M87.  Fuente: Event Horizon Telescope Colaboration.

¿Por qué es histórica esta imagen?

La primera razón y la más obvia es porque nunca antes se había fotografiado un objeto así.

Aún con todo lo que han visto los astrónomos, captar el vecindario inmediato de un agujero negro es casi imposible (¡hasta hoy!) De un lado está el hecho de que el tamaño de estos objetos es increíblemente pequeño (al menos para las escalas de los astrónomos).  Para hacernos a una idea, si el Sol se convirtiera hoy en un agujero negro, su diámetro pasaría de ser de más de 1 millón de kilómetros a solo 3.

En general, los agujeros negros son millones a billones de veces más pequeños que objetos "normales" con una masa similar a ellos.

La segunda razón y la menos obvia, es que la apariencia de los alrededores de un agujero negro sólo se conocía "en el papel" o en la mente de los físicos teóricos. Su apariencia precisa es predicha por la teoría centenaria de la gravedad formulada Albert Einstein (la teoría general de la relatividad). Aunque esta teoría ha sido "verificada" en múltiples ocasiones, esta es una de las primeras veces que se pone a prueba directamente en un lugar donde la gravedad es increíblemente intensa.

La coincidencia entre lo que dice la teoría y lo que vieron los astrónomos es simplemente asombrosa.

Comparación de la imagen del agujero negro con las predicciones de la teoría.  Crédito: Event Horizon Telescope Colaboration.  Edición: Jorge Zuluaga

¿Cómo se obtuvo esta imagen?

¡Con mucho cuidado! En realidad tomó un par de meses y mucho esfuerzo "fabricar esta imagen" (más que una fotografía es algo así como un "mapa" de la luz alrededor del agujero negro)

Para obtenerla, casi 200 astrónomos se unieron para que usar a la Tierra como un gran radiotelescopio (el más grande de la historia). ¡Así como lo oye! Ningún telescopio existente, por grande que sea, sería capaz de ver una imagen así.

Al ser tan pequeño (en términos astronómicos) y estar tan lejos, el tamaño en el cielo de este agujero negro equivaldría a ver una tarjeta de metro o una tarjeta de crédito en la Luna. O para ponerlo en términos más familiares, el tamaño aparente del agujero negro es el mismo que tendría un átomo si lo vieras la punta de tu dedo.

Para conseguir esta imagen los astrónomos unen observaciones hechas al mismo tiempo, por varios radiotelescopios distribuidos por todo el mundo, incluyendo los radiotelescopios ALMA ubicados en Chile.

Las observaciones son marcadas de forma muy precisa con el tiempo en el que fueron hechas (para lo cual se usa un reloj atómico) y son después guardadas celosamente en discos duros.

Posteriormente un computador compara los tiempos de las observaciones y naturalmente los datos en sí mismos y va construyendo el mapa de luz. Para ello, además, el computador debe saber la distancia entre los telescopios con una precisión de milímetros.  Esto es increiblemente complicado puesto que los radiotelescopios más distantes del conjunto están casi en lados opuestos de la Tierra (a más de 10 mil millones de milímetros de distancia).

La red de telescopios que conforman el Event Horizon Telescope (telescopio del horizonte de eventos)

A este técnica los astrónomos lo llaman «interferometría» (y para ser precisos, interferometría de muy larga base o VLBI por su sigla en inglés) y es un proceso muy diferente al de tomar una foto. Es por eso que lo que vemos no puede llamarse una "foto" sino un "mapa de luz".

En cualquier caso ¡no deja de ser sorprendente!

¿Qué aprendimos con esta imagen?

Lo primero y posiblemente lo más importante para muchos científicos, es que definitivamente podemos confiar en la teoría de la gravedad de Einstein para estudiar los alrededores inmediatos de los agujeros negros.

¡Este es un gran triunfo de la física teórica! (aunque hay que confesar, no sin mucha vergüenza, que los físicos y los astrónomos hace mucho confiamos plenamente en ella, aunque no haya sido puesta a prueba en todas las condiciones posibles.)

En segundo lugar, midiendo el tamaño de la sombra —el disco negro en el centro— se puede saber el tamaño del agujero negro, algo que los astrónomos llaman su «horizonte de eventos» (de allí el origen del observatorio que obtuvo la imagen). En la imagen el horizonte de eventos mide casi la tercera parte de lo que mide el disco negro.  Conociendo el tamaño del horizonte de eventos se puede saber el peso o la masa del agujero negro (para ser más exactos). Del otro lado, la forma del anillo de luz y su asimetría nos dan una idea de cuánto rota y en qué dirección lo hace.

Todos estos datos son súper importantes para los astrónomos que estudian el centro de las galaxias. Podrían compararse estas observaciones con el hecho de que un neurocientífico, que estudia el cerebro en toda su totalidad (como los astrónomos estudian las galaxias), echara por primera vez una mirada a una neurona en un microscopio.

Las observaciones muestran que este agujero negro es tan o más grande como la órbita de los cuerpos más lejanos del sistema solar (plutón y otros planetas enanos); es decir, dentro de él cabría casi todo el Sistema Solar.

¡No es tan pequeño entonces! En realidad sí lo es, es solo que para nuestra escala el Sistema Solar parece grande, pero comparado con las galaxias y el universo, no es más es un rincón minúsculo del cosmos.

Por su tamaño sabemos que pesa 6500 millones de veces más que nuestro Sol. Es decir, para formar este agujero negro "algo" tuvo que meter una estrella por casi cada ser humano vivo en la Tierra dentro del espacio ocupado por el sistema solar (si nosotros tenemos un solo Sol y domina a los planetas, ya se imaginaran la gravedad de este "animal"). 

El agujero negro además gira a la velocidad de la Luz, pero como es tan grande le toma un par de días dar una vuelta completa.

¿Dónde está este agujero negro y por qué fue seleccionado para este estudio?

Este agujero negro está en el centro de una grandiosa galaxia, cuyo nombre en código es M87. Este avispero gigante de estrellas se encuentra a la medio bicoca de 50 millones de años luz. La galaxia pesa casi 10 veces lo que pesa la nuestra y fue formada por la unión de muchas galaxias en el pasado.

M87 ha sido observada muchísimas veces y se había descubierto que un gran chorro de plasma salía del centro, revelando precisamente la presencia de un agujero negro supermasivo allí.

Ya el EHT había observado en años anteriores la "base" de este gigantesco chorro, lo que le había permitido precisar algunas propiedades iniciales del agujero negro. Pero solo hasta ahora podemos ver una imagen del entorno inmediato del agujero negro en su centro.

Por el nombre de su galaxia anfitriona, al agujero negro se lo llama M87* (con el asterisco y todo), un nombre que recordaremos a partir de ahora.

La galaxia M87 vista con el telescopio espacial Hubble en luz visible y luz infrarrojo.  Crédito: Hubble

En el centro de la Vía Láctea también hay un agujero negro gigante ¿por qué no observaron ese que está más cerca?

En realidad sí lo hicieron y en algún momento del futuro es posible que revelen los datos que obtuvieron. Es solo que las imágenes obtenidas para el agujero negro central de la Vía Láctea (llamado también Sagitario A*) no son tan espectaculares, ni tan útiles como estas.

La razón más importante es que "nuestro" agujero negro (es decir, el de la Vía Láctea) es 1,000 veces más pequeño y el tiempo que se demora en dar una vuelta es por tanto 1,000 veces menor (¡gira como condenado!)  Sacar una imagen como la que tomamos del agujero negro central de M87, pero de Sagitario A*, sería como tratar de ver las alas de una mosca con una cámara de celular: en lugar de una delicada e intrincada estructura, verías un borrón irreconocible.

¿Veremos imágenes de más alta resolución en el futuro?

Posiblemente no, al menos en el futuro mediano. La razón es simple: para hacerlo tendríamos que vivir en un planeta más grande.

Es importante entender que la capacidad que tiene la interferometría para ver detalles, depende de la máxima distancia entre los telescopios de la red.

Hasta ahora, esta distancia es de 10,000 km, que es más o menos el tamaño de la Tierra. Si quisiéramos ver más detalles tendríamos que aumentar esa distancia; pero eso solo se podría en un planeta mayor o poniendo algunos telescopios en el espacio.

Sin embargo al poner los telescopios arriba, nuestra capacidad para medir con precisión el tiempo de observación o la distancia precisa entre ellos disminuiría haciendo muy difícil (o imposible) conseguir la resolución buscada.

Pero el futuro podría depararnos sorpresas y avances tecnológicos que hicieran posible este logro.

¿Qué sigue después de esto?

Posiblemente observar otros agujeros negros supermasivos en galaxias vecinas.

Naturalmente la observación de Sagitario A* seguirá estando en las prioridades del EHT que debe encontrar maneras de resolver el problema del tiempo de observación.

Para los físicos teóricos se abren también posibilidades fantásticas en términos de las ideas que pueden poner a prueba que en este nuevo tipo de observaciones.

¿Y los astrónomos?  Ellos son los más beneficiados.  Con una mirada directa del corazón de las galaxias podrán empezar a observar fenómenos que antes solo se conocían por efectos indirectos.  

 

No hay duda que vivimos tiempos asombrosos.

Para saber más:

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Jorge Zuluaga
Jorge Zuluaga

Profesor titular del Instituto de Física de la Universidad de Antioquia (UdeA) en Medellín, Colombia. Fundador del pregrado de astronomía de la UdeA e investigador del grupo de física y astrofísica computacional y del Solar, Earth and Planetary Physics Group. Padre de 3, maestro y divulgador por instinto. Tiene el nombre de un asteroide (347940) Jorgezuluaga.

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