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11 de Abril de 2019
Astronomía

La primera imagen de un agujero negro

Una red mundial de radiotelescopios ha obtenido la primera fotografía de la «sombra» de un agujero negro. ¿Qué muestra exactamente la imagen?

Imagen del agujero negro supermasivo M87* obtenida por el Telescopio del Horizonte de Sucesos. [Event Horizon Telescope Collaboration]

El Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), una red de radiotelescopios distribuidos por todo el planeta, ha obtenido la primera imagen detallada de un agujero negro y sus inmediaciones. El hito ha sido posible tras dos años de análisis de datos y supone un espaldarazo más para la teoría de la relatividad general, la formulación moderna de la gravedad derivada por Albert Einstein hace poco más de un siglo. A continuación se ofrecen ocho claves sencillas para entender el resultado y su relevancia.

¿Qué se ha fotografiado? El astro en cuestión se encuentra en el centro de M87, una galaxia relativamente cercana a la Tierra, situada a 55 millones de años luz de distancia. Se trata de un agujero negro supermasivo con una masa 6500 millones de veces mayor que la de el Sol y cuyo horizonte de sucesos mide unas cuatro veces más que la órbita de Neptuno. Una representación aproximada de su tamaño en relación con el del sistema solar puede encontrarse en esta ilustración de xkcd.

¿Qué se observa en la imagen? La composición, efectuada con datos tomados durante cuatro días de abril de 2017 con ocho radiotelescopios en localizaciones que van desde Sierra Nevada a la Antártida, muestra un anillo luminoso en torno a una gran oquedad circular. Esa mancha oscura, conocida como «sombra» del agujero negro, constituye uno de los aspectos más interesantes de la fotografía, ya que básicamente corresponde a la silueta aumentada del horizonte de sucesos. Por supuesto, ni el agujero negro ni lo que hay en su interior pueden verse, pero ese hueco oscuro no aparecería —y no sería tan circular— si el objeto que esconde fuese uno muy distinto de un agujero negro.

¿Qué es el anillo naranja? La radiación procede del disco de material caliente que orbita a grandes velocidades alrededor del astro (aunque no constituye una imagen fiel de dicho disco). El color anaranjado es ficticio, ya que la imagen no fue tomada en luz visible, sino en ondas de radio. Al contrario que otras frecuencias, las ondas de radio pueden atravesar las nubes de gas y polvo que pueblan el centro de las galaxias y, de esta manera, llegar hasta la Tierra.

¿Por qué no se había logrado algo así hasta ahora? Los agujeros negros supermasivos son inmensos, pero se encuentran también a distancias enormes. En términos angulares, el tamaño del anillo de radiación que muestra la imagen obtenida por el EHT es de 40 microsegundos de arco, el mismo tamaño aparente que presentaría una rosquilla en la Luna vista desde la Tierra. De hecho, otra ventaja de observar en ondas de radio ha sido que tales frecuencias hacen posible emplear una técnica conocida como «interferometría de muy larga base» (VLBI), la cual permite obtener una excelente resolución angular de objetos distantes 

¿Cómo funciona la técnica de observación? La capacidad de aumento de un telescopio depende de su tamaño. En este caso, para obtener una fotografía como la publicada, haría falta disponer de un radiotelescopio tan grande como la Tierra. Sin embargo, la VLBI permite que dos o más radiotelescopios lejanos se coordinen y actúen como un «telescopio virtual» tan grande como la distancia que los separa. Gracias a esta técnica, solo posible con ondas de radio, los investigadores han podido resolver los detalles del objeto.

¿Es la «sombra» el horizonte de sucesos? No. Según las predicciones de la relatividad general, el horizonte de sucesos sería unas 2,5 veces menor que la silueta oscura que se aprecia en la fotografía. Lo que ocurre es que la inmensa mayoría de los fotones situados más allá de la sombra son capturados en órbitas espirales que caen hacia el horizonte de sucesos, por lo que nunca llegarán a los ojos de un observador externo. En principio, algunos de los rayos de luz emitidos por una fuente que se encontrase entre la sombra y el horizonte aún podrían escapar hacia el exterior, pero en esa región la gravedad es ya tan intensa que casi ninguno lo hará. Por ello, y a efectos prácticos, el límite visible de un agujero negro visto desde lejos no es el horizonte de sucesos, sino su «sombra».

¿Qué otros detalles revela la imagen? El anillo de radiación es asimétrico (más intenso en uno de los lados) y la sombra es prácticamente circular. Según todos los cálculos y simulaciones, ambas características son las esperadas para un agujero negro de Kerr, el nombre técnico que reciben los agujeros negros que están rotando sobre su eje.

¿Que mostrarán las futuras observaciones? Aparte de medir con mayor precisión las propiedades del anillo de fotones y de la sombra, los investigadores esperan obtener detalles sobre los potentes chorros de partículas relativistas que, según todos los modelos astrofísicos, se generan en las inmediaciones de los agujeros negros. También tendrán que llegar los resultados relativos a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. Aunque este se halla unas mil veces más cerca que M87*, es también unas mil veces menor, por lo que, vistos desde la Tierra, ambos presentan un tamaño aparente similar. Sagitario A* fue observado durante los mismos cuatro días de abril de 2017 que M87*, pero los investigadores aún están analizando los datos. 

Ernesto Lozano Tellechea

Referencias: La colaboración EHT ha presentado sus resultados en seis artículos de acceso libre publicados en The Astrophysical Journal Letters.

Más información y material divulgativo en la página web del proyecto EHT y del Observatorio Europeo Austral (en español).

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