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Tercer Milenio

Retrato del agujero negro de nuestra galaxia

Por qué las imágenes del agujero negro dan vértigo a los astrónomos

La red global de radiotelescopios del Telescopio Horizonte de Sucesosse ha unido para formar uno del tamaño de la Tierra y observar, por primera vez, a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el corazón de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Comparativa entre dos agujeros negros supermasivos: M87 (izquierda) y Sagitario A* (derecha).
Comparativa entre dos agujeros negros supermasivos: M87 (izquierda) y Sagitario A* (derecha).
EHT collaboration / Lia Medeiros

"Cuando veo las imágenes que el EHT ha obtenido de estos agujeros negros, siento más bien vértigo". Así se siente Iván Martí-Vidal, investigador de la Universidad de Valencia que forma parte del equipo científico que ha obtenido la imagen. "Al fin y al cabo –declara a Lorena Sánchez en una entrevista en The Conversation–, en esas regiones existe una superficie que separa causalmente a nuestro Universo de lo que se oculta en su interior; una superficie donde el tiempo lleva congelado desde el remoto pasado cósmico; una superficie donde el tiempo y el espacio, de hecho, se mezclan; se confunden de formas que nuestros pobres cerebros no están preparados para imaginar en toda su magnitud, aunque sí las comprendamos en forma de ecuaciones, gracias a la formulación de la Relatividad General".

La imagen que se acaba de publicar de SgrA* corresponde a las observaciones realizadas en 2017, justamente las mismas noches que el Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT) observó M87* y otros agujeros negros. Sin embargo, "nos ha costado nada menos que tres años más obtener la imagen de SgrA*. El coste computacional y la complejidad de los algoritmos necesarios para lograr esto han sido brutales", señala Martí-Vidal, quien, además de coordinar el grupo de polarimetría del EHT, ha proporcionado nuevos algoritmos que han sido decisivos. 

En 2017 el EHT utilizó una red de ocho radiotelescopios distribuidos por medio mundo que funcionan como uno virtual del tamaño de la Tierra. Para crearlo y combinar todas las señales se utiliza una técnica llamada interferometría de muy larga base. Pero, aunque tenga una escala planetaria, este telescopio está formado por un número limitado de antenas, y reconstruir una ‘fotografía’ con todos sus datos equivale a adivinar una frase sabiendo solo algunas letras. Para resolverlo y ofrecer la imagen promedio final se utilizan algoritmos y potentes ordenadores.

La técnica que usa el EHT "no toma imágenes directas de las fuentes que observa. Más bien, lo que hacemos es parecido al funcionamiento de las resonancias magnéticas o las tomografías computerizadas que se hacen en los hospitales. Esos dispositivos tampoco toman imágenes directas de nuestras entrañas, sino que miden porciones de cantidades relacionadas con ellas y, usando técnicas de análisis, las convierten en imágenes", explica Martí-Vidal. En ese sentido, el EHT es como un ‘tomógrafo’, "solo que (en lugar de observar un corazón o un pulmón) observa agujeros negros, usando la rotación de la Tierra a modo de ‘motor del escáner’". Combinando en un ordenador las señales que llegan a varios radiotelescopios (distribuidos por el planeta), "somos capaces de usar esos datos para reconstruir imágenes, ‘simulando’ un único telescopio de tamaño similar a toda la Tierra".

Devoradores de materia

Los agujeros negros "no emiten luz propia, pero las estrellas que orbitan a su alrededor y la materia que devoran nos dan pistas sobre cómo son estos gigantes del universo", explican al Science Media Centre España Gonzalo J. Olmo, del departamento de Física Teórica e IFIC de la Universidad de Valencia-CSIC, y Diego Rubiera-García, del Departamento de Física Teórica de la Universidad Complutense de Madrid. 

Sobre Sagitario A*, el agujero negro que habita en el centro de nuestra galaxia, hemos aprendido mucho estudiando las órbitas de estrellas que se mueven a su alrededor: "Esas estrellas describen órbitas muy peculiares alrededor de… nada, nada que podamos ver o emita luz u otras radiaciones observables. Pero esas órbitas solo se pueden explicar si aceptamos que en esa región existe un objeto invisible, muy compacto y con una masa comparable a la de cuatro millones de soles", declaran.

Tras la presentación, por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), de las primeras imágenes de la región en la que se concentran esos 4 millones de masas solares, se constata que lo que nos muestran también es compatible –al igual que sucedió con el agujero negro supermasivo de la galaxia M87– con lo que la teoría de Einstein nos dice sobre cómo deberían ser los agujeros negros. "Alrededor de una mancha oscura, de la que no sale luz, observamos un disco luminoso de materia a altísima energía –detallan–. Se trata de un disco de acreción, algo así como los anillos de Saturno pero compuestos de materia nuclear a altísima temperatura que se ha ido acumulando alrededor del objeto central (agujero negro) y que espera a ser devorada en algún momento. Gracias a esta materia incandescente, que se mueve a altísimas velocidades atraída por el objeto central, podemos observar la región oscura central que corresponde al agujero negro".

Los investigadores describen que "si de los anillos de Saturno solo podemos ver la parte que hay entre el planeta y nosotros, porque la otra parte queda oculta detrás del planeta, en el caso de Sagitario A* la intensa gravedad consigue curvar los rayos de luz (y las ondas de radio y los rayos X) de tal manera que todo el disco de acreción es visible, tanto su parte más próxima a nosotros como la que queda detrás, como la parte de arriba y también la de abajo. La imagen resultante muestra efectos ópticos y deformaciones que son compatibles con lo que cabría esperar de la intensa gravedad generada por un objeto de 4 millones de masas solares. La luz se puede curvar por la gravedad y las imágenes muestran esa curvatura en su máximo esplendor".

Para ellos, "observar por primera vez la imagen de las masas incandescentes que orbitan en las regiones más próximas al agujero negro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, es un lujo que la historia nos ha reservado". Más allá de su calidad artística, "pues a todos nos emociona observar un plasma incandescente que será devorado por un agujero negro supermasivo", esas imágenes contienen "información valiosísima de carácter científico que nos ayudará a entender mejor las propiedades de la materia en condiciones extremas de presión y temperatura. También podremos poner a prueba nuestras teorías físicas sobre la materia y la gravedad, pues una cosa es que lo que vemos se parezca a lo que esperamos y otra es que sea exactamente eso".

Retos por delante

Uno de los principales retos es presentar no una imagen de Sagitario A*, sino una ‘película’ del gas orbitando alrededor del agujero negro, informa Sinc. De hecho, es lo que se anunció hace tres años cuando se presentó la imagen de M87*, pero de momento no se dispone de suficiente información. La reciente incorporación a la red EHT de más radiotelescopios (GLT en Groenlandia y Noema en Francia), así como las actualizaciones de los que ya había y las nuevas campañas de observación, ayudarán a conseguir este objetivo. Además, la colaboración científica EHT tratará de reconstruir el campo magnético de este y otros agujeros negros supermasivos, un factor esencial en la física y la formación de los chorros relativistas asociados a este tipo de objetos.

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