Respondiendo algunas preguntas sobre EHT y la primera foto del agujero negro de M87

Gran Telescopio Milimétrico, México

La primer imagen de un agujero negro es un logro científico impresionante que inaugura una nueva era en lo que a técnicas de observación astronómica se refiere. La fotografía que fue publicada el 10 de abril, dos años después de que fueron realizadas las primeras observaciones, ha despertado nuestro interés: ¿cómo fue tomada?, ¿qué es lo que en realidad estamos viendo?, ¿de qué tamaño es el agujero negro?, ¿dónde está M87?, ¿qué es Event Horizon Telescope?, ¿qué papel jugó México?, etc. En este articulo daré algunas explicaciones a las preguntas que muchos de nosotros nos hemos hecho.

ENTENDIENDO LOS AGUJEROS NEGROS

Los agujeros negros son sorprendentes, pues reúnen dos características que son completamente opuestas: el cero y el infinito. En el centro del agujero negro se halla la singularidad, que es un punto que no tiene ni ancho, ni largo, ni alto, es decir, cuyo volumen es cero. Al mismo tiempo, la cantidad de gravedad que tiene ese punto es infinita. Esto hace que los agujeros negros produzcan fenómenos muy interesantes, como que toda la materia que entra en ellos pierda por completo sus propiedades o que el mismo espacio-tiempo no exista. De hecho, los científicos todavía están muy lejos de comprender qué es lo que sucede dentro de los agujeros negros.

Existen diversos tipos de agujeros negros según su origen y su tamaño:

  • Los más pequeños tienen la masa de una montaña y se les llama agujeros negros primordiales porque surgieron poco después del Big bang. Su horizonte de sucesos es del tamaño de un átomo.
  • Por otra parte, los agujeros más comunes son los estelares. Llevan ese nombre porque se formaron a partir del colapso de una estrella. Su masa es de varios miles de veces la masa del sol.
  • Finalmente, están los agujeros negros supermasivos que pueden tener varios millones de veces la masa del sol y están en el centro de las galaxias. La fotografía que fue revelada ayer es justamente de uno de estos objetos.

La singularidad no anda por ahí vagando solitaria en el universo, sino que está rodeada por el horizonte de sucesos. Podemos pensar que el agujero negro es como una cárcel y que el horizonte de sucesos son sus muros: una vez que se traspasa este límite es imposible volver a salir. Cabe mencionar que el proyecto que logró tomar la primer fotografía de un agujero negro se llama EHT (Even horizon Telescope), es decir, toma su nombre del horizonte de sucesos.

Como he dicho antes, el agujero negro es como una cárcel perfecta. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Y justamente de esto se deriva su nombre, pues son objetos completamente oscuros, que no emiten ni reflejan luz. Pero si son obscuros, ¿cómo es posible sacarles una foto? Katie Bouman, la científica que lideró el desarrollo del algoritmo para procesar la primera imagen de un agujero negro, expresa este problema con las siguientes palabras: ¿cómo podemos ver algo que, por definición, es imposible de ver?

CACERÍA DE AGUJEROS NEGROS

Antes que nada, quiero dejar muy en claro que es imposible fotografiar a un agujero negro por la sencilla razón de que no emite ninguna luz. Sin embargo, sí que podemos fotografiar, medir y registrar todas las perturbaciones y efectos que provoca. Por ejemplo, después de observar durante varias décadas a las estrellas del centro de nuestra galaxia, los astrónomos han concluido que éstas giran alrededor de un agujero negro supermasivo. A este objeto se le llama Sagitario A* y es, literalmente, el corazón de nuestra galaxia. No sólo porque está en su centro, sino porque tuvo un papel fundamental en su formación.

Órbitas estelares alrededor del agujero negro del centro de nuestra galaxia

Otra forma de detectar agujeros negros es mediante los inmensos chorros de plasma que generan. Así como los reos chillan, berrean y muerden antes de entrar en la cárcel, así la materia que se precipita en un agujero negro hace un espectáculo increíble. Al estar sometida a una inmensa gravedad, la materia se acelera a velocidades cercanas a las de la luz y esto provoca que alcance grandes temperaturas y que se formen inmensos chorros de partículas. En la fotografía de abajo se puede ver uno de estos chorros que sale del agujero negro que se halla en el centro de la galaxia M87. Bueno, en realidad no sale del agujero negro en sí, sino de toda esa materia que gira alrededor y que está a punto de caer en él. Cabe mencionar que la longitud de ese chorro azul es de aproximadamente 5,000 años luz.

Galaxia M87
Chorro de plasma en la galaxia M87

LA PRIMER FOTOGRAFÍA DE UN AGUJERO NEGRO

Los agujeros negros fueron predichos por la Teoría de la relatividad de Einstein hace ya más de cien años. Aunque ya existían toneladas de evidencia y su existencia era prácticamente aceptada por toda la comunidad científica, todavía no había una observación directa. Esto cambió el 10 de abril de 2019 cuando se reveló la primer fotografía de un agujero negro como producto del proyecto EHT, un esfuerzo conjunto de varios científicos y radiotelescopios alrededor del mundo. Los resultados fueron publicados en una serie de seis artículos que aparecieron en un número especial de la revista The Astrophysical Journal Letters. El objeto fotografiado es un agujero negro supermasivo que está a una distancia de 55 millones de años luz, tiene una masa de 6,500 millones de veces la masa del Sol y se halla en el centro de la galaxia M87 (la misma que está en las fotos de arriba).

Primer fotografía de un agujero negro. The Event Horizon Telescope (EHT)

¿Qué es exactamente lo que aparece en esta imagen? Analicemos qué es lo que hay aquí:

  • En el centro está el horizonte de sucesos de M87 con un radio de 40 mil millones de kilómetros. Si tomamos en cuenta que la órbita de Neptuno mide 45 mil millones de kilómetros, nos daremos cuenta de la enormidad de este agujero negro, que es casi es del mismo tamaño que nuestro sistema solar.
  • La dona anaranjada que está alrededor es en realidad el disco se acreción, que está formado por gas y materia que giran a velocidades muy próximas a la de la luz. Es interesante señalar que el borde interno de la dona no es el horizonte de sucesos, de hecho, su diámetro es aproximadamente tres veces mayor al del horizonte.
  • La parte de abajo se ve más brillante porque gira hacia nosotros. No es que el disco sea más grande ahí, sino que el mayor brillo se debe al efecto Dopler.
  • El disco de acreción emite rayos X en una longitud de onda de 1.3 mm. El ser humano no puede ver los rayos X, así que es una imagen de color falso.

Una de estas noches puedes voltear al cielo y ver ese sitio, entre las constelaciones de Leo y Virgo, donde está el agujero negro. La M en el nombre M87 se debe a que pertenece a los objetos de Messier, que pueden ser vistos fácilmente con un telescopio para astrónomos aficionados.

M87 entre Virgo y Leo

LA TECNOLOGÍA QUE LO HIZO POSIBLE

En la observación astronómica nos enfrentamos al problema de que mientras más pequeño y lejano sea el objeto, entonces habrá que construir un telescopio mucho más grande para poder verlo. A pesar de que el agujero negro de M87 es gigantesco, también está increíblemente lejos. Entonces surge la pregunta fundamental ¿de qué tamaño tiene que ser un telescopio para poder fotografiarlo? La respuesta no parecía ser muy alentadora, pues tiene que ser grande, muy grande, tan grande como el propio planeta Tierra.

Por cierto, como se puede ver en esta imagen, la tierra no es plana. Ya dejen de chingar con eso.

Obviamente construir un telescopio de estas dimensiones es un tanto complicado. Y aquí es donde entra la creatividad. La solución fue que ocho radiotelescopios situados en México, Francia, España, el polo sur, Arizona, Hawai y Chile trabajaran en conjunto. La técnica que se empleo para lograr esto fue increíblemente complicada. Las observaciones se realizaron durante los días 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, cuando el clima fue particularmente estable alrededor de todo el mundo. Los telescopios tuvieron que ser sincronizados con la ayuda de relojes atómicos ultraprecisos. Como resultado de esto, se arrojó una cantidad bestial de información, alrededor de 5 petabytes. Posteriormente esta información fue analizada en un largo proceso que duró dos años. Es por eso que los resultados fueron publicados recién en 2019.

Radiotelescopios que, en conjunto, forman el EHT

La científica que lideró el procesamiento de datos fue la muy joven Katie Bouman. Ella fue la encargada de diseñar el algoritmo que ensambló el rompecabezas de los datos recabados.

Katie Bouman

México jugó un papel fundamental porque El gran telescopio milimétrico en Sierra negra fue uno de los que formaron parte del EHT. Desgraciadamente, en fechas recientes, la inseguridad ha dificultado la labor de los investigadores. Además, este telescopio todavía no está del todo terminado. Espero que los mexicanos seamos capaces de pedir a nuestras autoridades que haya una mayor inversión en ciencia y tecnología para que las futuras generaciones sigan realizando esta clase de investigaciones. A fin de cuentas, conocer el cosmos es una forma de conocernos a nosotros mismos.

La labor de EHT todavía no ha finalizado. Se espera que el próximo año se revele otra fotografía, pero esta vez de Sagitario A*, un agujero negro supermasivo que está mucho más cerca, tan sólo a 26,000 años luz. Sagitario A* está en nuestro propio vecindario, en el corazón de nuestra Vía Láctea. Será como sacarnos una selfie.

Fuentes consultadas

Deja un comentario