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Astrofísica

Fotografiando las inmediaciones de un agujero negro

Hace unos meses se presentaba en sociedad la primera imagen de las inmediaciones del horizonte de sucesos de un agujero negro. Este jueves 26 de septiembre, a las 19.00, será impartida en la Facultad de Ciencias la charla ‘En los confines del espacio-tiempo: la primera fotografía de un agujero negro, M87*’ por el radioastrónomo Antxon Alberdi, quien desvela las claves de este impactante resultado.

agujero negro
Imagen del agujero negro situado en el centro de la galaxia M87, rodeado por una emisión de gas caliente
EHT

A principios del siglo XX, se desarrolló la teoría de la Relatividad General, con la Relatividad Especial de Einstein en torno a 1905 y la Relatividad General en 1915. El principio de relatividad especial establece que la velocidad de la luz es constante en cualquier sistema de referencia, es decir, no depende de la velocidad del observador. Ello trae consigo consecuencias radicales: el espacio y el tiempo deben tratarse de forma conjunta, de modo que no hablamos ya de espacio y de tiempo, sino de una única entidad conocida como espacio-tiempo. Además, tanto el tiempo transcurrido entre dos sucesos como la longitud de un objeto en la dirección del observador dependen, ellos sí, de la velocidad del observador. Si la relatividad especial trastocó la idea de un tiempo absoluto, la relatividad general, por su parte, cambió nuestras nociones acerca de la gravitación. En la física newtoniana clásica, la gravitación consistía en la atracción entre los cuerpos que tienen masa de acuerdo con la ley de la gravitación universal. En la física relativista, la gravitación es efecto de la deformación o curvatura del espacio-tiempo producida por la masa de los objetos.

La teoría de la Relatividad General abría la puerta al concepto de que un rayo de luz se curvara en presencia de un campo gravitatorio. Esta curvatura fue confirmada en el eclipse solar de 1919, cuando Eddington midió la posición aparente de varias estrellas en la vecindad del sol. El concepto de agujero negro surgió en los años sesenta. Fue Wheeler, quien formuló el concepto a partir de la idea de un objeto tan compacto que curvaría completamente el espacio-tiempo, de modo que las trayectorias de los rayos de luz emitidos en sus regiones más próximas serían atraídas por el propio objeto supermasivo, de modo que no se detectaría emisión alguna procedente de dicho objeto.

El primero

El primer objeto astronómico que fue aceptado ampliamente por la comunidad científica como agujero negro, fue Cygnus X-1, objeto de naturaleza estelar que formaba parte de un sistema binario. Se propuso como tal en 1970. Llegada la década de 1990, y gracias a las observaciones tomadas por el telescopio espacial Hubble, las detecciones de objetos susceptibles de ser agujeros negros aumentaron con rapidez y se comenzó a imponer la noción de que muchas galaxias, especialmente aquellas conocidas como galaxias activas, albergan en su núcleo un agujero negro supermasivo. Nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, acoge uno en su centro, conocido como SgrA*, con 4 millones de veces la masa del Sol.

Dado que no emiten luz, para explorar un agujero negro hay que recurrir a formas indirectas de detectarlo, basadas en saber reconocer las perturbaciones que ocasiona a su alrededor

Cómo explorar algo que no emite luz

La detección de agujeros negros supermasivos constituye una tarea complicada, rodeada de enormes dificultades técnicas. Dado que no emiten luz, para explorar un agujero negro hay que recurrir a formas indirectas de detectarlo, basadas en saber reconocer las perturbaciones que ocasiona a su alrededor. Si hay materia suficientemente cercana al agujero negro, se puede apreciar un remolino de gas y polvo, en forma de disco. Otro hecho observacional muy revelador es la existencia de dos chorros de partículas, emitidos en direcciones opuestas y perpendicularmente al disco de acrecimiento que lo alimenta, que nacen en las inmediaciones del agujero negro para, a menudo, alcanzar longitudes mayores que las de la galaxia que lo acoge. Si, además existen estrellas en su vecindad que pueden detectarse individualmente, es factible detectar detalles del movimiento de cada una de estas estrellas al orbitar alrededor del centro galáctico, mostrando que su velocidad aumenta cuanto más próximas están al objeto supermasivo central.

Sin embargo, en los dos últimos años el escenario ha cambiado radicalmente y de forma fantástica. En primer lugar, gracias a la primera detección de ondas gravitacionales, que se demostró que provenían de la fusión de dos agujeros negros de decenas de masas solares. Y, fundamentalmente, gracias a la obtención de la primera imagen de un agujero negro con técnicas radiointerferométricas, anunciada el pasado mes de abril.

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

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