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La primera ‘foto’ de un agujero negro hace brillar a Einstein

Astronomía | Inteligencia artificial & Ciencia Hito histórico

La primera ‘foto’ de un agujero negro hace brillar a Einstein

Event Horizon Telescope fotografía por primera ver el agujero negro de la lejana galaxia M87

Una enorme rosquilla encendida. Un círculo de fuego a lo Johnny Cash. Un ojo de Sauron. La primera imagen real de un agujero negro en una galaxia llamada M87 ha hecho brillar a la astronomía mundial. La colaboración científica mundial ha permitido uno de los mayores retos recientes a nivel técnico: retratar algo que, por definición, es lo más oscuro. Algo, además, que reside a distancias de decenas de millones de años luz. Es una luz de hace tanto tiempo, que estamos ante una foto viva de lo que pasaba hace 55 millones de años.

Casi un siglo después de que un Eclipse encumbrase a la fama a Einstein, sus ecuaciones brillan en forma de sumidero cósmico. Ha sido retratado por el llamado Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), un equipo internacional que ha orquestado el trabajo de ocho radiotelescopios terrestres, incluido el IRAM 30m de Sierra Nevada, en España. Un agujero negro es un objeto con tanta masa que atrae irremediablemente a todo cuanto se le acerca, incluida la luz, que queda engullida en su interior. Ahí reside el logro.

Según han publicado en Astrophysical Journal Letters, el equipo ha perseguido dos objetos particularmente interesantes: el corazón de nuestra galaxia, donde habita el agujero negro supermasivo Sagitario A*, y el de la galaxia Virgo A (M87), del que se ha presentado hoy la primera foto. El primero, pone a bailar a todos los objetos de la Vía Láctea y su existencia fue confirmada en 2002 por Reinhard Genzel. El segundo es una de las fuentes más potentes de radio del universo. Tiene la masa de 6.200 soles en muy poco espacio relativo. Su chorro de materia se prolonga a lo largo de varios millones de años luz.

¿Estaban equivocadas todas las imágenes?

Llevamos dibujando agujeros negros desde 1972, primero con simulaciones numéricas y tiralíneas. En 1979 Jean-Pierre Luminet usó un IBM 7040 para tener datos suficientes como para pinar a mano un agujero negro con tinta china. Sorprende que un viejo ordenador para la época afinase tanto en su simulación y retratase al agujero negro con tal similitud a lo que sabemos ahora que es ‘real’. Luego llegarían las representaciones divulgativas en forma de lentes gravitacionales, chorros y la mítica representación de Gargantúa, el agujero negro de la película Interstellar (Christopher Nolan, 2014), propuesta por el Nobel Kip Thorne. ¿Por qué lo que ahora vemos no se parece exactamente a nada de eso? En este vídeo explicamos qué es lo que representamos al imaginar un agujero negro. | Vídeo: M.V.


 

¿Por qué vemos brillo? Un agujero negro rara vez está vacío, está revestido de gas. La enorme gravedad generada en sus inmediaciones provoca que gire en espiral. Se forma lo que se conoce como disco de acreción. La velocidad a la que gira el material que no termina de entrar en la garganta del agujero hace que se encienda en forma de radiación electromagnética. La luz visible es parte de ella. La rotación de la materia a gran velocidad provoca que brille más una parte que otra. Eso sí, lo que captamos en la Tierra –y nos interesa– es luz invisible. Radiación milimétrica entre el infrarrojo y el microondas. Ondas de radio como las que nos permiten dibujar otros objetos lejanos y hasta nuestro pasado cósmico.

Prácticamente hemos usado a toda la Tierra como telescopio

En el pasado festival South by Southwest (SXSW) en Austin (Estados Unidos), Peter Galison, profesor en Harvard, comparaba que esto es «como hacer una nueva cámara con un nuevo tipo de película, un nuevo tipo de lente, combinarla con otras cámaras, todas a la vez». En realidad, como añade gráficamente la ingeniera Katie Bouman, «hemos usado a toda la Tierra como telescopio». Uniendo los datos de ocho telescopios a lo largo del tiempo, combinando sus instantáneas, Bouman ha estado al cargo del entrenamiento de un algoritmo que ha rellenado los huecos en negro entre imágenes y dado nitidez a unos puñados de píxeles a más de 53 millones años luz.

Si pensamos en agujeros más cercanos como el de nuestra galaxia «está tan lejos de nosotros, que desde la Tierra este anillo parece increíblemente pequeño, del tamaño de una naranja sobre la superficie de la Luna, para nosotros». Y, debido al fenómeno de la difracción, no hay telescopio fabricado que pueda retratar a una naranja en la superficie lunar.

Agujeros negros a prueba de Einstein

«Einstein nos dijo hace 100 años exactamente cuál debería ser el tamaño y la forma de la sombra de un agujero negro» señala Sheperd Doeleman, director del EHT. «Si pudiéramos colocar una regla sobre la sombra de una agujero, podríamos probar la teoría de Einstein sobre su límite»» explicaba antes de la presentación de los resultados. «El tamaño de Sagitario A* es aproximadamente el de toda la órbita de mercurio», compara Doelman.

El anuncio de la relatividad general hizo temblar a todo el cosmos. Una nueva concepción en que espacio y tiempo son las dos caras de una misma cosa que puede doblarse, rasgarse, expandirse, girar e incluso ¿desaparecer? para siempre en las fauces de un agujero negro.

Para sorpresa del propio Einstein, las ecuaciones indicaban que cuando se concentraba demasiada materia-energía en un punto, el espacio-tiempo podía colapsar, atrapando la materia y la luz a perpetuidad. Aquella idea, al principio, no le gustó mucho al propio Einstein. Pero hoy sabemos que esto puede ocurrir, por ejemplo, al morir una estrella grande. Deja un cadáver en forma de agujero negro. Luego, Stephen Hawking vino a decir que nada es tan perpetuo en un agujero negro y que éstos también van evaporándose, dejando escapar partículas.

Fusión de agujeros negros y ondas gravitacionales

Fusión de agujeros negros y ondas gravitacionales SXS

En general, no podemos ir haciendo fotos a agujeros negros por las razones expuestas. Pero detectarlos es algo más asequible, justo con la teoría de la relatividad en la mano. «Lo primero que hay que hacer es descartar otras cosas”, explicaba a El Independiente el descubridor de nuestro agujero estelar. “Pensemos en el Sistema Solar. Imaginemos que el Sol no brillase. Tendríamos que fijarnos en el movimiento de los planetas para probar que hay algo en el centro de sus órbitas con una masa muy compacta; lo que hacemos es ‘ver’ la gravedad”.

Por otro lado, desde 2015 contamos con una nueva manera de sentirlos. Las ondas gravitacionales. Los observatorios LIGO y VIRGO han conseguido percibir las vibraciones del espacio-tiempo procedentes de colisiones de agujeros negros. En 2018 se observó el impacto del que resultó la formación de un tercer agujero 80 veces más masivo que el Sol a 9.000 años luz de distancia.

Viaje a nuestro agujero negro. Prepara la aspiradora

Nada escapa a la atracción de un agujero negro. Es como una aspiradora. Pero sí es cierto que en sus bordes pueden darse fenómenos cuánticos en los que hay parejas de partículas que se ven separadas. Cual gemelas siamesas, una cae dentro. La otra, fuera. Pero son como hermanas de sangre, y lo que le ocurre a una le afecta a la otra. Esa paradoja fue abordada por Hawking, quien predijo que hay una radiación que emana de los agujeros negros. Es como cuando ponemos la mano detrás de una aspiradora en funcionamiento. Hay un soplo de aire del que puede emanar algo de polvo.

 


Nadie sabe qué ocurre exactamente en el interior de un agujero negro. Quizás nunca lo sepamos. Lo interesante está en sus límites. “Son como grandes laboratorios” que podrían darnos respuestas a teorías imposibles de casar por ahora: las que explican lo que ocurre con objetos grandes como los astros –teoría de la Relatividad–, con las que describen los más pequeño –física cuántica–. En el caso de nuestro agujero negro resulta llamativo que “actualmente sólo se alimenta de una masa equivalente a un asteroide al día”.

La épica del disco duro antártico

El EHT estuvo realizando fotos durante 10 días en abril de 2017. Al equipo astronómico les ha llevado dos años cotejar los resultados. Los datos eran tan voluminosos, que era impensable transmitirlos por red. Tuvieron que ser almacenados en discos duros y trasladados en avión al Observatorio Haystack del MIT (EE.UU.) y al Instituto Max Planck de Bonn (Alemania). Hubo que esperar a diciembre de 2017 para recoger los discos del telescopio antártico, ya que hasta entonces era invierno y durante esos meses nada puede acceder a él por las condiciones meteorológicas.

En España, con la participación del IGN, el resultado de esta investigación se ha presentado en el CSIC desde Madrid. «Ya no hay más simulaciones. Estamos viendo, por la primera vez, un agujero negro real», ha dicho en la rueda de prensa internacional desde Bruselas el ingeniero español Carlos Moedas, comisario europeo de I+D+i, quien ha subrayado que la «ciencia da una lección a los políticos», en relación a la colaboración internacional.

El año pasado se sumó un nuevo telescopio, en Groenlandia, a la observación. La idea es seguir recopilando datos sobre agujeros negros indefinidamente. Quizás hasta que hagamos la próxima película de ciencia ficción, ahora sí, con un agujero fiel a las primeras observaciones humanas de estos poderosos motores galácticos.

El clipse que encumbró a Einstein

En este pódcast nos vamos 100 años atrás. En mayo de 1919. La relatividad general es una teoría bella sobre el papel. Pero a Einstein le falta poder demostrar empíricamente algo que casi nadie entiende. Ese día, un eclipse solar permitió al físico alemán demostrar que la masa del Sol desviaba la luz de algunas estrellas lejanas. Nace el icono pop y una nueva física. [Descargar pódcast en mp3]

 


Los ocho españoles del agujero negro

Observatorio de Pico Veleta, en Granada

Observatorio de Pico Veleta, en Granada JUANJAÉN (CC-BY)

Ocho científicos españoles han formado parte del proyecto internacional que ha desvelado este 10 de abril la primera imagen real de un agujero negro.

Se trata de José Luis Gómez, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC); Antxon Alberdi, director del IAA-CSIC; Iván Martí-Vidal, del Instituto Geográfico Nacional (IGN); Miguel Sánchez-Portal, director del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM); y los ingernieros Salvador Sánchez e Ignacio Ruiz, y los investigadores de la Universidad de Valencia Pablo Torné y Rebecca Azulay.

La contribución española se ha basado en el diseño de varios algoritmos, en la organización y configuración del equipamiento técnico, así como en la realización de las observaciones desde el radiotelescopio español IRAM de 30 metros, situado en el Pico Veleta de Sierra Nevada.

Algunos de los científicos españoles que han participado en este descubrimiento han presentado su contribución en una rueda de prensa celebrada en el CSIC, en Madrid, donde han estado también la presidenta de la institución científica, Rosa Menéndez; y el secretario general de Coordinación de Política Científica del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, Rafael Rodrigo.

Según ha comentado Antxon Alberdi, desde el punto de vista del conocimiento científico este acontecimiento es «maravilloso». «Va a estar en libros de texto y enciclopedias», ha asegurado el director del IAA-CSIC.

«La imagen es el primer fotograma de una gran película que está por rodar», ha dicho por su parte, Martí-Vidal, dado que el EHT va a seguir observando este y otros agujeros negros en el futuro.