LA CRÓNICA DE HOY: La humanidad conoce la primera imagen de un hoyo negro

Hace cien años, un eclipse total de Sol que pudo observarse en África permitió a Arthur Eddington y Frank Watson Dyson obtener pruebas de la Teoría de la Relatividad General que Albert Einstein había publicado poco menos de un lustro atrás. Durante el eclipse, las estrellas deberían observarse ligeramente desplazadas en el cielo respecto a su posición correcta, ya que la masa del Sol curvaría los rayos de luz procedentes de ellas. Los resultados encumbraron a Einstein, quien ya era una estrella.

“En 1915, Albert Einstein publicó su Teoría de la Relatividad y sus ecuaciones proporcionaron una nueva forma geométrica para explicar la gravedad, con lo que nos enseñó el concepto de espacio-tiempo, distorsionado por la presencia de objetos masivos y que nos permite calcular cómo se mueven los objetos y la luz dentro del Universo”, señaló David Hughes, astrónomo del Instituto Nacional de Astrofísica Óptica y Electrónica (INAOE).

 

“Poco después, en 1916, Karl Schwarzschild encontró una solución a las ecuaciones de Einstein, que predijo la existencia de una singularidad: un punto infinitamente pequeño en el espacio que contiene suficiente masa para deformar la estructura del espacio-tiempo, tan fuerte que crea un volumen de espacio delimitado por un horizonte de eventos; éste define una región dentro de la cual nada puede escapar, incluso objetos a la velocidad de la luz y ni la luz  misma. A esos objetos masivos se les llamó hoyos negros”.

Los físicos y astrónomos han aceptado la existencia de los agujeros negros por décadas, puesto que encajan mejor que cualquier otra predicción dentro de las ecuaciones que nos ayudan a comprender el Universo, sin embargo, no habían sido observados, hasta ahora.

Con los radiotelescopios más poderosos del mundo distribuidos en el planeta, el proyecto Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés) obtuvo la primera imagen del agujero negro —más específicamente de su sombra— en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz.

La imagen fue reconstruida después de las observaciones sincronizadas y obtenidas en 2017 por los radiotelescopios ALMA (Chile), APEX (Chile), el IRAM 30-meter telescope (España), el James Clerk ­Maxwell Telescope (Hawai), el Submillimeter Array (Hawai), el Submillimeter Telescope (EU) y el South Pole Teles­cope (Polo sur) y el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), ubicado en la Sierra Negra, Puebla.

Los ocho radiotelescopios sincronizaron sus observaciones en una técnica llamada interferometría de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés), que aprovecha la rotación de nuestro planeta para formar un gigantesco telescopio del tamaño de la Tierra que puede observar a una longitud de onda de 1.3 milímetros, la cual puede atravesar el polvo y distorsión atmosférica del planeta para llegar ahí donde los telescopios ópticos no pueden. Esta técnica y tecnología son el único mecanismo que tiene el ser humano, hasta ahora, para atisbar ese fenómeno cósmico, algo que habría dejado boquiabiertos a Einstein y a Stephen Hawking sin lugar a dudas.

Aunque los telescopios no están físicamente conectados, son capaces de sincronizar los datos que han obtenido gracias a relojes atómicos que cronometran con precisión sus observaciones. Cada telescopio del EHT produjo una gran cantidad de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, los cuales fueron almacenados en discos duros de helio de alto rendimiento; los datos fueron transportados por vía aérea a las supercomputadoras altamente especializadas, conocidas como correladores, en el Max Planck Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack Observatory, donde fueron combinados para ser cuidadosamente convertidos en una imagen utilizando novedosas herramientas computacionales desarrolladas por la colaboración.

ÉPOCA GLORIOSA. Este suceso se dio a conocer ayer de manera simultánea en diferentes partes del mundo, a través de las instituciones participantes en el EHT, que conjuntó a 200 astrónomos para esta observación; en México el anuncio fue realizado por miembros del INADE y la UNAM, en una conferencia realizada en el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

“Es un gran honor compartir que, a 104 año de la publicación de la Teoría de la Relatividad General y la predicción matemática de la existencia de una singularidad que distorsiona el espacio-tiempo, los científicos del EHT confirmaron de forma directa dicha teoría por medio de la captación de la imagen de la sombra de un agujero negro súper masivo en el núcleo de la galaxia elíptica M87. Damas y caballeros, aquí esta la primera imagen de un agujero negro…”, dijo ayer Hughes, quien es además director del GTM.

En la imagen se observa un anillo brillante, casi circular, como establecían predicciones y modelos matemáticos de la Teoría de la Relatividad Teneral. “En el centro, la gravedad es tan intensa que los fotones producidos en cierta zona, más grande que el propio horizonte de eventos, no pueden escapar”, explicó Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM. “El anillo es asimétrico, en la parte sur la radiación es más intensa y se debe al efecto Doppler, que establece que la luz proveniente de debajo del agujero negro se acerca a nosotros y por ello está amplificada”.

El hallazgo no sólo supone un hito de la observación astronómica de la humanidad, sino además confirma sin lugar a dudas, detalles finos de la Teoría de la Relatividad General. “Vivimos una época gloriosa en el estudio de predicciones de la relatividad general, porque no estamos probando pequeñas correcciones a la teoría, sino efectos donde sin la teoría es imposible explicar lo que está pasando”, señaló en el acto William Lee, investigador del Instituto de Astronomía y director de la Coordinación de la Investigación Científica de la UNAM.

Pero las observaciones ofrecen además nuevos horizontes para comprender el funcionamiento de los agujeros negros. Por ejemplo, éstos emiten chorros de luz, de los cuales se desconoce mucho. “Son muy comunes en muchas galaxias, pero se desconoce cómo se generan”, agregó Lee. “Es una área de investigación que se podría complementar con estas observaciones”. Adicionalmente desechan alternativas a la existencia de los agujeros negros, con propuestas más exóticas como la de estrellas de bosones, dijo Loinard.

Los dos hoyos negros que estudia EHT son: SagitarioA*, con una masa de aproximadamente cuatro millones de masas solares, que está en un volumen que en tamaño es menor que la órbita de Mercurio. Por otra parte, el agujero negro supermasivo de M87 es mucho más grande, tiene una masa de seis mil millones de masas solares y también está a una distancia dos mil veces mayor que el agujero en el centro de nuestra galaxia, así que tienen la misma dimensión angular. SagitarioA* es un objeto tranquilo, “durmiendo”; por el contrario, el agujero negro M87 es poderoso, con chorros de energía.

Los agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos relativamente pequeños y por ello difícil de observar directamente. Ya que el tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, entre más masivo sea más grande es su sombra. Gracias a su enorme masa y relativa cercanía, se predijo que el agujero negro de M87 era uno de los más grandes que se podrían detectar desde la Tierra, convirtiéndolo en un objetivo perfecto para el EHT.

Aunque las observaciones de M87 fueron realizadas en 2017, tomó un par de años procesar la información y crear la imagen; será probablemente para el próximo año cuando se procese y presente la imagen del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, Sagitario A*. Además, los expertos vaticinan que en una década, aproximadamente, podrían obtener las primeras películas. Los investigadores no descartan que este hallazgo signifique la obtención del Premio Nobel, como ya ocurrió con la detección de ondas gravitacionales en el experimento LIGO.

La dicha y gozo de los científicos son notables y su sorpresa no dista mucho de la idea colectiva que generan estos objetos celestes en la frontera de nuestra imaginación. William Lee expresó “pensamos que observar un agujero negro sólo podría suceder en nuestros sueños más fantásticos”.

Al igual que las ondas gravitacionales, que también son una comprobación de la teoría de Einstein, la era de los agujeros negros ha sido inaugurada y los astrofísicos apuntarán el EHT hacia el centro de otras galaxias, si no es que ya lo hicieron y analizan y procesan sus datos. La humanidad ha conocido al primer agujero negro en su historia, pero es apenas el primer capítulo de un fantástico tomo. Para Loinard estas observaciones “no son el fin, sino el inicio de una aventura”.