Esta es la primera imagen jamás tomada de un agujero negro

La primera imagen de un agujero negro ha sido publicada este miércoles por un equipo internacional de más de 200 científicos. El cuerpo en cuestión está en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a una distancia de 55 millones de años luz. Hasta ahora, la existencia de estos objetos extremadamente densos se conocía solo por métodos indirectos, pero nunca se había observado uno.

Los agujeros negros son cuerpos astronómicos tan masivos que generan un campo gravitatorio del cual no escapa ninguna partícula, ni siquiera la luz. Los investigadores han creado la imagen histórica unificando datos registrados por una red de ocho radiotelescopios repartidos por todo el mundo. Juntos actúan como una sola antena parabólica del tamaño de la Tierra, llamada Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés).

Durante cinco días completos, los ocho radiotelescopios de la red, que incluyen el Telescopio de 30 metros de Pico Veleta en Sierra Nevada (Granada), se sincronizaron con relojes atómicos para observar el centro de la galaxia

El consorcio EHT ha presentado sus resultados pioneros hoy en varias ruedas de prensa simultáneas por todo el mundo. En España el evento ha sido coordinado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) desde Madrid. El comisario europeo de Investigación, Ciencia e Innovación, Carlos Moedas, ha dicho desde Bruselas que “la historia de la ciencia quedará dividida entre el tiempo antes de la imagen y el tiempo después de la imagen”, y ha subrayado que la colaboración internacional de los científicos “da una lección a los políticos”.

Hace un siglo, Albert Einstein calculó que la fuerza de gravedad podía distorsionar el espacio-tiempo. Sus ecuaciones predecían que un cuerpo de altísima densidad podría esconderse detrás de un horizonte de sucesos, el límite a partir del cual la atracción del agujero negro es ineludible. Este horizonte es lo que se aprecia en la imagen recién publicada. El hito aparece en una serie de seis artículos científicos publicados hoy en una edición especial de la revista Astrophysical Journal Letters.

Aunque el agujero negro, por definición, no se puede ver, el gas que cae hacia él se calienta a millones de grados y brilla. Frente a esa iluminación de fondo se observa una silueta oscura que es la sombra del agujero negro. Todo ello aparece bastante borroso porque el tamaño de la imagen supera la resolución máxima del EHT.

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La sombra de un agujero negro

El anillo luminoso que rodea al horizonte de sucesos es asimétrico porque el agujero negro está en rotación. En la región inferior, la luz se desplaza hacia el observador y aparece más brillante, mientras que en la parte superior, la luz se aleja y aparece más tenue. Esto ha permitido determinar que el agujero negro gira en sentido horario.

Las ecuaciones de la relatividad general formuladas por Einstein también predijeron que un horizonte de sucesos debería tener forma circular y tamaño proporcional a la masa del agujero negro, con lo cual esta imagen pone a prueba la célebre teoría de nuevo. La relatividad general explica el comportamiento del universo a gran escala, pero es incompatible con la mecánica cuántica, que gobierna el mundo de las partículas subatómicas.

Con esta imagen, los científicos han constatado que las ecuaciones de la gravedad se sostienen incluso bajo las condiciones extremas en torno al agujero negro y Einstein ha vuelto a salir indemne. “Hemos medido que [el horizonte de sucesos] es extremadamente circular. Concuerda muy bien con las predicciones de la relatividad de Einstein”, ha dicho en la rueda de prensa José Luis Gómez, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA).

El agujero negro en el corazón de M87 está en el cercano cúmulo de galaxias Virgo y es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. Observarlo desde la Tierra es comparable a divisar desde la Luna una pelota de tenis en la superficie de nuestro planeta, según ha dicho Iván Martí-Vidal, investigador del Instituto Geográfico Nacional. Debido a un fenómeno físico llamado difracción, existe un límite al tamaño de los objetos distantes que se pueden ver: cuanto más pequeños o lejanos sean, mayor es el telescopio necesario.

En este caso, los científicos escogieron detectar la luz que rodea al horizonte de sucesos en la longitud de onda de aproximadamente un milímetro. En esta banda del espectro electromagnético —entre infrarrojo y microondas— la luz puede sortear los obstáculos de gas y polvo desde el centro de la galaxia M87 hasta el Sistema Solar en la Vía Láctea.

Pero para observar el agujero negro en esa longitud de onda, sería necesario un radiotelescopio del tamaño de la Tierra. Por eso se creó la red de telescopios del EHT, que unifica los datos provenientes de antenas en EE UU, México, Chile, España y la Antártida, mediante un proceso llamado interferometría. Cuantos más observatorios se añaden, y más distanciados están, mejor resolución del agujero negro se puede obtener al sincronizar sus observaciones.

El EHT recogió en abril de 2017 los datos que han permitido construir la nueva imagen. Durante cinco días completos, los ocho radiotelescopios de la red, que incluyen el Telescopio de 30 metros de Pico Veleta en Sierra Nevada (Granada), se sincronizaron con relojes atómicos para observar el centro de la galaxia.

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Así se ‘fotografía’ un agujero negro

Las cantidades ingentes de datos recogidas por cada observatorio fueron enviadas en discos duros a una central en EE UU. Sumaban cuatro millones de gigabytes en total. Un superordenador combinó todas las observaciones, espaciando la reproducción de los distintos telescopios para tener en cuenta la diferencia horaria entre la llegada de las ondas electromagnéticas a cada uno. Luego, astrónomos e ingenieros informáticos analizaron los datos durante dos años.

Dado que los telescopios están distribuidos por todo el planeta pero no cubren la superficie entera de la Tierra —como haría realmente un telescopio gigante—, tres programas independientes de inteligencia artificial han extrapolado los datos que faltaban para generar la imagen más probable de ser fiel a la realidad. No es una auténtica fotografía, pero es lo que más se aproxima.

Gómez destaca, además, que el EHT tomó en realidad cuatro imágenes consecutivas, los días 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, todas “analizadas con independencia y con la misma rigurosidad”. Las cuatro imágenes coinciden, con lo cual no cabe duda de que el agujero negro en M87 tiene la forma que muestran.

Se esperaba que en la rueda de prensa se anunciase la imagen de otro agujero negro: Sagitario A*, el cuerpo masivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Sagitario A* está a 26.000 años luz de distancia de la Tierra y, aunque tiene la masa de cuatro millones de soles, se estima que solo mide 24 millones de kilómetros de diámetro, 17 veces más que el Sol.

Antxon Alberdi, el director del Instituto de Astrofísica de Andalucía, ha aclarado que esta imagen no está lista por dificultades técnicas, pero “se tendrá”. “La sensibilidad de EHT va a mejorar cuando llenemos la superficie del telescopio equivalente. Eso va a ocurrir con la adición de nuevos telescopios”, dice Alberdi.