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En el borde de los agujeros negros

Los astrónomos se sirven de la técnica de la inferometría para observar los motores centrales de las galaxias activas

Imagen de la radiogalaxia Cyg A, que se encuentra a 600 millones de años-luz. Son visibles tanto el núcleo de la galaxia como los chorros relativistas que se extienden hasta 400.000 años-luz.
Imagen de la radiogalaxia Cyg A, que se encuentra a 600 millones de años-luz. Son visibles tanto el núcleo de la galaxia como los chorros relativistas que se extienden hasta 400.000 años-luz. NRAO IMAGE GALLERY

Existe un tipo particular de galaxias, las activas, que se caracterizan por tener un núcleo central que brilla tanto que puede llegar a ser más luminoso que la galaxia que lo alberga. En estas regiones suceden procesos físicos de origen gravitatorio capaces de liberar enormes cantidades de energía. Diversos indicios, como el movimiento del gas y de las estrellas en su vecindad, favorecen la hipótesis de que en el corazón central de estas galaxias reside un agujero negro muy masivo (del orden de decenas a miles de millones de veces la masa del Sol), con un tamaño de un minuto-luz a varios días-luz.

Cuando se observan estos núcleos en longitudes de onda de radio, se detecta la presencia de chorros de emisión espectaculares (los denominados jets relativistas), que están formados por partículas viajando a velocidades muy próximas a la de la luz que emanan del núcleo central y alcanzan distancias de millones de años-luz. Estos chorros son los aceleradores de partículas más eficientes del cosmos. Como decía un buen amigo y excelente astrónomo llamado Lucas Lara -haciendo un símil entre los rangos de energía de los objetos astrofísicos y la música- estaríamos hablando de la "Astrofísica heavy metal".

El horizonte de sucesos

Cuando queremos obtener la imagen de un agujero negro, surge un problema: como comentaba mi colega Luis Colina con Malen Ruiz de Elvira en EL PAÍS, las observaciones astrofísicas no entran en los agujeros negros sino que llegan hasta su borde, lo que técnicamente conocemos como el horizonte de sucesos. Este límite está asociado con la última órbita donde el material puede girar en torno al agujero negro sin caer en él. Para acercarnos al agujero negro, necesitamos observaciones que nos proporcionen gran capacidad de detalle (técnicamente, se denomina resolución). Los astrónomos cuentan con un gran aliado para la observación en radio, la interferometría, que combina las imágenes de varias antenas y consigue una resolución similar a la de una antena con un diámetro equivalente a la distancia que las separa (¡hasta diez mil kilómetros!). Estas técnicas son las que nos proporcionan imágenes directas y nítidas de las regiones nucleares de las galaxias activas, acotando tanto el tamaño de los núcleos como la estructura de los chorros en la vecindad del agujero negro supermasivo.

Para definir el "tamaño" de un agujero negro, los astrofísicos utilizamos el concepto del radio de Schwarzschild (Rsch), que está asociado con el radio aparente del horizonte de sucesos y que se toma como unidad de medida. Su valor depende de la masa del agujero negro: a modo de ejemplo, si el Sol fuera un agujero negro, tendría un tamaño de tres kilómetros; una galaxia activa de 1.000 millones de masas solares tiene un agujero negro con un tamaño de 7 UA (1 Unidad Astronómica es la distancia media Tierra-Sol, unos 150 millones de kilómetros). Gracias a las observaciones interferométricas se obtienen imágenes con una nitidez del orden de miles, centenares y decenas de veces el radio de Schwarzschild, dependiendo de la masa del núcleo y de cuán próxima se encuentre la galaxia activa.

'Zoom' progresivo

En los últimos años, los radioastrónomos han intentado ir mejorando la resolución angular de sus imágenes, permitiendo un zoom progresivo hacia los núcleos de las galaxias activas y, simultáneamente, batiendo marcas en cuanto a la nitidez de las imágenes. Así, observando el núcleo de Cygnus A, que se encuentra a una distancia de 800 millones de años-luz y cuyo agujero negro tiene una masa de mil millones de masas solares, se obtienen imágenes con una resolución lineal del orden de 200 Rsch. En el caso de M87, que se encuentra a una distancia de 55 millones de años-luz, y con un agujero negro de 3.000 millones de masas solares, se obtienen imágenes con un detalle de 20 Rsch. Otra galaxia activa mucho más próxima, Centaurus A, situada a una distancia de 11 millones de años-luz y con una masa de 200 millones de masas solares para su agujero negro, puede cartografíarse con una resolución inferior a los 10 Rsch. Con estas observaciones los astrónomos estudian aquellas regiones próximas a la última órbita estable en torno al centro de cada galaxia.

Pero el récord lo ostentan las observaciones del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, en cuyo centro dinámico se encuentra una fuente compacta de nombre SgrA*. Observaciones muy recientes han demostrado que el tamaño de SgrA* es inferior a 0.30 UA. Considerando que SgrA* se encuentra a una distancia de 26.000 años-luz y que su masa es de cuatro millones de masas solares, dicho tamaño correspondería a tan solo 3.7 Rsch. ¡Estamos ya en la vecindad del horizonte de sucesos del agujero negro! Desde el punto de vista de la física, se están vislumbrando aquellas escalas de distancias en las que los efectos de la relatividad general son fundamentales.

Antxon Alberdi pertenece al Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)

El reto de rastrear SgrA*

Rastrear las inmediaciones de SgrA*, el agujero negro supermasivo que habita en el centro de nuestra galaxia, es sin duda uno de los grandes retos de la astrofísica para los próximos años. De hecho se están preparando instrumentos específicos para ello: el instrumento GRAVITY para el interferómetro VLT en Cerro Paranal (Chile) y las observaciones radiointerferométricas de muy larga base a longitudes de onda submilimétricas, en las que ALMA será clave. Tanto VLT como ALMA son observatorios pertenecientes al Observatorio Europeo Austral, del que España forma parte.

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