El Event Horizon Telescope fotografió por primera vez un agujero negro

A primera vista, parece un anillo de fuego. Pero para astrónomos y cosmólogos de todo el mundo, una imagen captada por ocho radiotelescopios enfocados durante cuatro días en un objeto distante a 50 millones de años luz de la Tierra, en la galaxia M87, es como haber atisbado "las puertas del infierno", como haber podido ver lo invisible: una extraña entidad prevista por la teoría de la relatividad de Einstein que el físico John Wheeler bautizó como "agujero negro" y que representa un portal a un mundo misterioso, cuya gravitación es tan fuerte que retuerce la geometría del universo e impide la salida de todo, hasta de la luz.

"Uno no puede ver el agujero negro, pero sí su sombra cuando la luz desaparece detrás del ‘horizonte de sucesos’, la frontera que es el punto de no retorno –explicó el director del proyecto, Sheperd Doeleman, del Centro de Astrofísica Harvard Smithsonian, durante una presentación simultánea en seis ciudades del mundo que se transmitió por streaming–. Es un logro científico extraordinario alcanzado por un equipo de más de 200 investigadores".

Gracias a las películas y las novelas de ciencia ficción, los agujeros negros ya son parte de la cultura de nuestro tiempo. Pero para los cosmólogos son extremadamente problemáticos, porque en esas lejanas comarcas las leyes de la física se desvanecen. Algunos de ellos surgidos del colapso gravitacional de estrellas masivas que consumieron todo su combustible y otros cuya génesis todavía se desconoce, son objetos extraordinarios, con masas enormes, pero tamaños muy compactos, que retuercen el espacio-tiempo y calientan a temperaturas inimaginables el material que los rodea. En el caso de M87, se calcula que este llega a los 10 billones de grados.

"La imagen que produjimos nos permite ver por primera vez en la realidad las predicciones de la teoría –afirmó uno de los directores del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT, según sus siglas en inglés), Luciano Rezzolla, de la Universidad Goethe, de Alemania–. Es un avance precioso: transformamos un concepto matemático en un objeto físico, algo que podemos testear, medir y observar repetidamente. Es el primer paso fundamental de cualquier avance científico. La confrontación con las observaciones es siempre un momento dramático para los teóricos. Fue un alivio y un motivo de orgullo darnos cuenta de que las observaciones coincidían tan bien con las predicciones".

Los científicos analizaron decenas de miles de registros producidos por radiotelescopios ubicados en todo el planeta. Para realizar sus observaciones, se embarcaron en expediciones a lugares remotos donde la atmósfera es fina y seca. La cantidad de información que recolectaron es tan gigantesca que no pudieron enviarla por fibra óptica y tuvieron que almacenarla en discos duros (seis metros cúbicos de discos duros) y enviarlos por avión, esperando meses a que llegaran durante el invierno polar.

Para tomar esta imagen hubiera sido necesario un telescopio del tamaño de la Tierra, y nada entre nosotros y el agujero negro. Pero como eso no era posible, hace alrededor de una década comenzó a considerarse la idea de usar una red de observatorios distribuidos a través del planeta. Con hasta 10.000 km separando los más distantes, se obtuvo una resolución que permitiría ver los hoyitos de una pelotita de golf desde Buenos Aires a Tierra del Fuego, 1000 veces mayor que la del Hubble.

En 2017, sincronizaron los aparatos ubicados en cuatro continentes para que enfocaran el agujero negro que se encuentra en el centro de la Via Láctea, Sagittarius A* (está a solo 27.000 años luz de distancia y tiene 4.000.000 de veces el tamaño del Sol) y M87, que tiene 6500 millones de masas solares, y queda a 50 o 60 millones de años luz de distancia. Finalmente, fue la de M87 la que resultó más clara.

"La imagen tiene un error del 10%, que es extremadamente bueno en astronomía –explica Luis Lehner, cosmólogo argentino que trabaja en el Perimeter Institute de Canadá, participó del proyecto y ayer estuvo en la presentación del logro organizada en la Plaza Cielo Tierra, el planetario y parque de ciencias fundado por la Facultad de Astronomía, Física y Computación (Famaf) de la Universidad Nacional de Córdoba y el gobierno de esa provincia–. En la imagen se puede ver un área más intensa abajo. Es la materia que gira casi a la velocidad de la luz. El brillo que se advierte arriba es en realidad la luz de lo que está atrás del agujero negro y que se curva por la gravedad. Esto nos da una oportunidad excelente para estudiar cómo se comporta el plasma y la materia alrededor de los agujeros negros".

Desconcierto

Como suele suceder en estos grandes proyectos científicos, los detalles desconciertan. La red que conforma el Telescopio del Horizonte de Eventos está sincronizada para trabajar en conjunto produciendo la mayor resolución angular (capacidad de distinguir como separados dos puntos extremadamente cercanos).

"La resolución angular depende de la longitud de onda de la luz observada y del tamaño del radiotelescopio, y queremos que sea un número chiquitísimo –explica la astrónoma Gloria Dubner, exdirectora del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE)–. Se decidió usar un conjunto de radiotelescopios observando ondas de radio de 1.3 mm, separados en una distancia casi del tamaño del planeta. Muchas antenas distantes entre sí actúan como una sola; o sea, como un aparato inmenso para colectar energía. Se conectaron antenas de Norteamérica, Hawai, Europa, Chile, la Antártida (¡y pensar que formando parte de esta fiesta podría haber estado nuestro nuevo radiotelescopio que se está instalando en la Puna, Llama). Para trabajar al unísono tienen que estar completamente sincronizadas, con una precisión de un segundo en 100 millones de años (para lo cual se usan técnicas de GPS). La técnica se llama VLBI (Very Large Baseline Interferometry) y permite lograr una resolución angular de 35 millonésimas de segundo de arco. Para hacernos una idea, si tuviésemos una resolución angular comparable en luz visible, podríamos leer claramente cartelitos escritos con letras de 6,5 cm de alto ubicados en la Luna".

"La primera imagen desarrollada con computadoras de un agujero negro data de 1979: inmediatamente después de su tesis en el Observatorio de París, Jean Pierre Luminet aplicó las ecuaciones de la teoría de la relatividad para graficar cómo se vería la materia alrededor de un agujero negro que está rotando –cuenta Félix Mirabel, también del IAFE–. Como hizo Eddington en 1919, cuando probó que la trayectoria de la luz depende de la deformación del espacio y del tiempo en el cual se propaga, tal como había propuesto Einstein, en este caso se está utilizando un agujero negro con materia que cae en su interior para volver a probar los postulados de la teoría de la relatividad".

Para Daniel Barraco y Oscar Reula, del Famaf, no menos importante es el desarrollo de la técnica de interferometría en ondas submilimétricas desarrollada para lograr este avance. "Eso es a la larga lo que va a quedar", afirman. De hecho, los científicos ya están pensando que podrían aumentar la capacidad de observación del Telescopio del Horizonte de Eventos incorporando a la red otros montados en satélites o incluso, en la Luna.

Hoy se sabe que existen agujeros negros en el centro de la mayoría de las galaxias, aunque no se entiende muy bien cómo se originaron. "Sabemos que existe una correlación entre la masa de estos bulbos estelares de densidades muy grandes, que pueden tener más o menos mil años luz de radio, y la de los agujeros negros, lo que quiere decir que se formaron a través de procesos similares –explica Mirabel–. Ahora, están siendo utilizados como objetos para experimentos completamente ideales".

Según Juan Martín Maldacena, el físico argentino que trabaja en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, "ya se habían visto estrellas moviéndose en torno del agujero negro, pero estaban relativamente lejos; con esta imagen del gas que está más cerca uno puede ver si está de acuerdo o no con la teoría de la relatividad y elimina algunas de las alternativas". Y con respecto a lo que esto agrega a sus investigaciones, agrega: "Es bueno que se comprueben mejor las predicciones de la relatividad general y la existencia de agujeros negros, ¡ya que mi trabajo asume que esta es correcta y que los agujeros negros existen!".

"Einstein brilla por su sencillez, su belleza, u claridad –concluye Reula–. ¡Y su teoría funciona admirablemente bien! Que ahora podamos ver la imagen más o menos como uno la preveía, a mí me maravilla".

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