Los agujeros negros tienen su primer retrato

No toda imagen es una foto. Y en el caso de la primera imagen que los astrónomos han logrado de un agujero negro, esos objetos tan masivos que hacen colapsar la gravedad y de los que ni siquiera escapa la luz, no había fotografía que valiera: los agujeros negros se esconden dentro de una inmensa nube de material que cae hacia ellos.

Sin embargo, hace décadas que los astrónomos “ven” el universo recurriendo a distintas técnicas que exceden a la observación a través de telescopios ópticos, instrumentos que, como indica su nombre, sólo sirven para captar aquellas radiaciones que están dentro de lo que para nosotros, se sitúan en el espectro de la luz visible. Ejemplo de ello son los radiotelescopios, que dependiendo de su modelo y objeto de estudio, pueden captar ondas que van desde las de radio a las de los rayos gamma, pasando por las microondas, el infrarrojo, el ultravioleta y los rayos X. También hace años que el Homo sapiens dejó de observar el universo desde las limitaciones impuestas por su propio planeta y ha colocado instrumentos para escudriñar el cosmos en satélites, sondas y naves espaciales, como el telescopio Hubble montado en un satélite que orbita nuestra Tierra o la sonda Cassini, que se destruyó hace dos años al adentrarse en la atmósfera de Saturno.

Otro aspecto a destacar de la astronomía es que, a diferencia de las primeras épocas de los genios individuales como Tycho Brahe, Galileo Galilei o Johannes Kepler, en las últimas décadas el trabajo es extremadamente colaborativo y los grandes descubrimientos se realizan, en general, por grandes equipos de científicos de distintas nacionalidades que, también por lo general, utilizan instalaciones e instrumentos supranacionales. Ese el caso de la primera observación de las ondas gravitacionales, en 2016, gracias al proyecto LIGO, o la construcción del observatorio radioastronómico ALMA, posible gracias al trabajo conjunto entre una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile, que es utilizado por investigadores de todo el mundo y que fue uno de los ocho observatorios que recopiló observación para obtener la imagen que ahora nos convoca. Todo esto es importante para entender el magnífico logro científico que hay detrás de un simple cable que anuncia “la primer fotografía de un agujero negro”.

Una imagen necesita varios miles de palabras

La imagen del agujero negro que recorre el mundo fue obtenida gracias al Event Horizon Telescope (EHT), o en español, Telescopio del Horizonte de Sucesos. Al contrario de lo que puede pensarse, el EHT no es un telescopio, sino una red de ocho radiotelescopios ubicados en los puntos más secos y de mejores condiciones para la observación de radiación milimétrica de la Tierra. Algunas de las enormes antenas de esta red están ubicadas en el desierto de Atacama, la Antártida, Arizona, Hawái. El proyecto fue armado justamente con el objetivo de obtener imágenes de agujeros negros, por lo que el anuncio de la fecha tiene el sabor de la misión cumplida. La imagen fue divulgada al mismo tiempo que se publicaron seis artículos científicos en la revista The Astrophysical Journal Letters.

¿Cómo luce un agujero negro? Exactamente así: negro. Al mirar la imagen uno contempla un círculo oscuro rodeado por un anillo amarillo y naranja. El círculo oscuro es la sombra de un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia Messier 87, a unos 55 millones de años luz de nuestro hogar. Sin embargo, el agujero negro es más pequeño que esa circunferencia oscura que vemos: desde ALMA informan que “los límites del agujero negro, conocidos como horizonte de eventos, son cerca de 2,5 veces más pequeños que la sombra que proyectan, y tienen un poco menos de 40.000 millones de kilómetros de diámetro”. El tamaño puede parecer grande desde la perspectiva humana, pero para las magnitudes astronómicas se trata de cambio chico. De hecho, los agujeros negros supermasivos, como el de la imagen, “son objetos astronómicos relativamente pequeños, y por eso habían sido imposibles de observar directamente hasta ahora”.

El anillo que rodea al agujero negro es una nube de gases que, al ser tironeados por la curvatura del espacio negro que genera un cuerpo tan masivo, se acelera tanto que se calienta y emite radiación. Justamente esa radiación del plasma circundante moviéndose a velocidades relativistas es la que pueden captar los radiotelescopios milimétricos. Con el dato de la velocidad con que la materia es tironeada hacia el interior del agujero negro, los investigadores calcularon la masa del que está en el centro de la galaxia Messier 87. La cifra es capaz de dejarnos sin aliento: el agujero de la imagen es 6.500 millones de veces más masivo que nuestro Sol. Una de las predicciones de la teoría es que no hay información que pueda escapar al horizonte de eventos de un agujero negro. En la imagen la sombra oscura dice exactamente esto: mientras todo arde y se acelera alrededor, poco podemos esperar de un agujero negro que la ausencia de cualquier tipo de radiación.

Si bien en el cosmos las nacionalidades dejan de ser importantes, es imposible no sentir una sensación particular al saber que Sudamérica jugó un rol importante en este mojón para la astronomía mundial. “ALMA, al ser el telescopio milimétrico más grande del mundo, fue clave en esta colaboración”, dijo el director del observatorio chileno, Sean Dougherty. “Realmente ayudó a garantizar una calibración de alta calidad de los datos de cada uno de los otros telescopios del conjunto, lo que dio como resultado las fantásticas imágenes del EHT”, agregó en el sitio web de ALMA.

Un acontecimiento histórico

La imagen del agujero negro ha fascinado a miles de personas alrededor del globo, expertos incluidos. Consultado al respecto, el astrónomo de la Facultad de Ciencias Gonzalo Tancredi, que no participó en el trabajo en el Telescopio del Horizonte de Sucesos, señala que su primera impresión es “relativa a la forma en la que se obtuvo la imagen”. Tancredi destaca el trabajo de los ocho telescopios diferentes (ALMA, APEX, IRAM 30 m, James Clerk Maxwell Telescope, Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope y Telescopio del Polo Sur) y muestra asombro por la cantidad de datos generados: “Estamos hablando de que manejaron varios terabytes de datos de ocho observatorios diferentes que luego fueron correlacionados en una misma supercomputadora, lo que habla del gran desafío tecnológico que supone esta observación”. La imagen fue obtenida gracias a la información recabada por los ocho observatorios que trabajaron en una longitud de onda de 1,3 mm durante una campaña internacional en 2017, lo que da una idea del tiempo que lleva integrar, procesar e interpretar los datos obtenidos. Al respecto, Tancredi acota que el trabajo en conjunto del Telescopio del Horizonte de Sucesos permite “observaciones milimétricas con resoluciones impresionantes de milisegundos de arco”. Nuestro astrónomo también destaca que “no es casual que esta observación se haya podido hacer ahora” y explica que el logro es posible “porque se ha alcanzado un desarrollo tecnológico que permite detectar la presencia del agujero negro”.

Para Tancredi es todo un éxito haber logrado detectar un agujero negro supermasivo de forma directa. “Los agujeros negros generalmente están enmascarados detrás una nube de gas acelerado que está cayendo hacia el agujero. Eso podría ser lo que sucede en el agujero negro que está en el centro de nuestra galaxia”, explica el astrónomo, y agrega un dato no menor: “Es una característica general de las galaxias grandes tener un agujero negro central supermasivo”. Relata que hace unos años se produjo otro avance importante: “Desde ESO se observó la dinámica de las estrellas cercanas al agujero negro de nuestra galaxia, que se movían a velocidades relativistas porque estaban atraídas por él”. Pero señala que es una observación indirecta: por medio del comportamiento de otros cuerpos, observábamos al masivo engullidor de todo lo que lo rodea. “Antes había detecciones indirectas, pero en esta imagen vemos la sombra de un agujero negro”, dice con excitación. “Se espera que los agujeros negros muestren una sombra oscura causada por el desvío de la luz por efectos gravitacionales y la captura de fotones en el horizonte de eventos, y eso que se espera es lo que estas imágenes muestran”, agrega.

Tancredi también considera importante aclarar que hay dos tipos de agujeros negros: unos son supermasivos, como el de Messier 87 retratado en la imagen y que están en el centro de las galaxias, y luego están los que él dice que “son los que más se conocen, porque son los que muestran las películas; están formados por el colapso de una estrella masiva. Esos agujeros negros son de unas pocas masas solares, pero los supermasivos, como este, tienen varios millones de veces la masa del Sol. En este caso, 6.500 millones de veces”.

Estamos ante un acontecimiento histórico: por la tecnología involucrada, la cooperación supranacional, la observación directa de algo que estaba postulado por Albert Einstein y su teoría de la relatividad –pero que hasta ahora estaba fuera de nuestro alcance–, y por haber logrado una imagen de un lugar a donde nadie nunca había llegado antes. Tancredi concuerda: “Es una nueva comprobación de las predicciones de la teoría general de la relatividad, que además implica la posibilidad estudiar el movimiento en esas condiciones de muy altas velocidades relativistas y condiciones de presión y temperatura tremendamente altas. Es llevar la materia a las condiciones más extremas”.

Cuando le pregunto si como acontecimiento este supera la detección de LIGO de las ondas gravitacionales, Tancredi ríe. “Es difícil comparar ese tipo de cosas”, dice, aún tentado, para luego hacer una predicción: “Es altamente probable que el equipo que realizó este descubrimiento sea objeto de un premio Nobel de aquí a unos pocos años”. Le contesto que probablemente sea la imagen científica del año. Concuerda. La astronomía y la humanidad tienen motivos para celebrar.

Artículo: “First M87 Event Horizon Telescope Results” - I al VI.

Publicación: The Astrophysical Journal Letters (10 abril de 2019).

Autores: The Event Horizon Telescope Collaboration, Kazunori Akiyama et al (más de 200 investigadores).