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Revelada, la primera imagen de un hoyo negro

De la tinta de Arturo Barba

Arturo Barba Viernes 12 De Abril, 2019 · 07:47 am
Revelada, la primera imagen de un hoyo negro
M87 es un hoyo negro supermasivo muy activo con una masa de 6 mil 500 millones de veces la de nuestro Sol. Imagen cortesía de EHT.

Luego de 2 años de análisis, 200 investigadores de 8 telescopios de varias partes del mundo dieron a conocer la primera imagen de un hoyo negro, que se encuentra en el centro de una galaxia elíptica gigante llamada Messier 87 o M87, en la constelación Virgo, a 55 años luz de distancia de la Tierra.

El proyecto Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés) inició en 2017 con una colaboración científica internacional de una red de telescopios ya existentes en cuatro continentes, incluido México, con los que se conformó una “antena virtual” del tamaño de la Tierra, para reunir la capacidad de captar la imagen de súper ultra alta resolución.

En 10 conferencias de prensa simultáneas (una de ellas en la Ciudad de México) y 6 artículos científicos en la revista The Astrophysical Journal Letters, los astrónomos y radioastrónomos integrantes de los distintos equipos mostraron la primera imagen real de estos objetos predichos por primera vez por Albert Einstein en la Teoría General de la Relatividad, en 1915.

M87 es un hoyo negro supermasivo muy activo con una masa de 6 mil 500 millones de veces la de nuestro Sol. Imagen cortesía de EHT.

La imagen muestra el hoyo negro M87 como una sombra circular llamada singularidad y es tan obscuro que nada, ni la luz, pueden escapar de él. Tiene forma de esfera rodeada de fotones y produce una luz rojiza-amarilla que es parte de un disco de energía y materia que gira alrededor del agujero llamado “disco de acreción”. La zona más cercana al objeto masivo se conoce como “horizonte de eventos o sucesos”, de ahí el nombre del proyecto. Pero también cuenta con chorros de energía y materia que son expulsados a velocidades supersónicas y que se estiran a lo largo de miles de años luz.

En la imagen captada se puede observar un anillo de luz alrededor de la sombra del hoyo; en la parte inferior la luz es más intensa, es la energía y materia que se expulsa en dirección a la Tierra, y en la parte superior la luz es más tenue, es la que se aleja en dirección contraria.

¿Qué son los hoyos negros?

Son extraordinarios objetos cósmicos, los más densos y pesados que se conocen, pero de tamaño compacto. Hay varios tipos y en esencia poseen una gran fuerza gravitacional y magnética. Muchos se forman a partir de estrellas muertas y son conocidos como hoyos negros estelares, distribuidos a lo largo de las galaxias.

Las estrellas son gigantes bolas de gas caliente en cuyo interior ocurren reacciones termonucleares. Su fuerza gravitatoria las comprime, pero su gas las expande, por lo que la mayor parte de su vida transcurre en equilibrio hasta que cesa la reacción termonuclear. Entonces inicia su fin: sus capas externas son expulsadas (el 10% de su masa), produciendo una nebulosa, y las capas internas se colapsan y comprimen hasta formar una enana blanca inactiva que se enfría lentamente.

Esto ocurre con estrellas del tamaño y masa de nuestro Sol: se comprimen tanto hasta alcanzar casi el tamaño de la Tierra y terminan su vida como enanas blancas. Pero hay estrellas más grandes, de entre 1.4 y 3 veces el tamaño solar, que se convierten en estrellas de neutrones, casi tan densas como un hoyo negro. Si esta compresión ocurriera con nuestro planeta, se convertiría en una esfera pesada de tan solo tres centímetros de diámetro. Cuando tienen de 3 a 100, la masa solar se convierte en hoyos negros de baja masa. También hay aquellos de masa intermedia de entre cientos y cientos de miles de masas solares.

Sin embargo, hay otro tipo de agujeros negros: los supermasivos. Habitualmente se encuentran en el centro de casi todas las galaxias y llegan a tener entre un millón y 10 mil millones de masas solares. Aún se desconoce su origen, pero posiblemente se formaron de muchas estrellas masivas transformadas en hoyos negros que se fusionaron hasta formar esos colosales objetos, o bien, se produjeron del colapso de una enorme nube de gas en el centro de las galaxias. Ese es el probable origen de M87 y del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamada Sagitario A*.

Los hoyos negros son invisibles, pero la materia de estrellas o cuerpos cercanos es atraída y gira en su órbita. Los átomos de esos gases se empujan entre sí y friccionan a grandes velocidades, casi a la velocidad de la luz. Esa actividad calienta la materia a niveles extremos y emite energía, principalmente rayos X. Esas emisiones son las que se pueden observar con los radiotelescopios. La imagen de la sombra del hoyo negro es lo más que podemos acercarnos al propio agujero negro.

El M87 es un hoyo negro súpermasivo voraz, con 6 mil 500 millones de veces la masa de nuestro Sol y un tamaño similar a la del Sistema Solar y, aunque no emite luz, hasta ahora se sabía de su existencia por los efectos que causa en sus alrededores, es decir, por medios indirectos. Es muy activo y por ello se convirtió en el objeto ideal para ser captado con el EHT.

Observar un hoyo negro

La imagen real de M87 confirma las predicciones teóricas de Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad que introduce el concepto de espacio-tiempo y señala que la luz cercana a objetos masivos con fuerzas gravitatorias intensas es curveada en un Universo curvo.

La radiación que describe el contorno del agujero negro confirma las predicciones teóricas de espacio-tiempo de Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad.

Sin las aportaciones de otros científicos como Karl Schwarzschild, Subrahmanyan Chandrasekhar, Kip Thorne y Stephen Hawking no sería posible conocer algunas de las características de los hoyos negros (muchas se desconocen todavía) y sin el desarrollo tecnológico de los últimos 10 años no hubiera sido posible el proyecto EHT.

Las observaciones de EHT utilizan una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés), que sincroniza las instalaciones de los telescopios de todo el mundo y explota la rotación de nuestro planeta para formar un enorme telescopio virtual del tamaño de la Tierra que observa a una resolución angular de 20 microarcosegundos, suficiente para leer un periódico de Nueva York desde un café parisino.

La participación de México se lleva a cabo con mediciones del Gran Telescopio Milimétrico, construido en el Volcán Sierra Negra en Puebla, México. Su ubicación geográfica y el tamaño de su antena de 50 metros le permitieron contribuir de manera importante en la calidad de la imagen.

La participación de México se lleva a cabo con mediciones del Gran Telescopio Milimétrico del INAOE. En el proyecto EHT colaboran 12 investigadores mexicanos.

Además, forman parte de este proyecto el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), Chile; el Gran Arreglo  Milimétrico y Submilimétrico de Atacama (ALMA),
del Observatorio Europeo Austral; el Telescopio IRAM de 30 metros de diámetro, España; el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), Hawái, Estados Unidos; el Arreglo Submilimétrico (SMA),
Maunakea, Hawái; el Telescopio Submilimétrico (SMT), Arizona, Estados Unidos; el Telescopio del Polo Sur (SPT), Antártida; y el Telescopio de Groenlandia (GLT), en
Thule Air Base, Groenlandia, Dinamarca.

Todos estos telescopios observan el Universo en un espectro diferente al visible, por ello, en lugar de tener lentes usan grandes antenas de radio capaces de detectar las emisiones de rayos X y otras longitudes de onda que son emanadas por los agujeros negros.

Aunque los telescopios que conforman el EHT no están conectados físicamente, sincronizaron sus datos y observaciones con relojes atómicos. Estas observaciones fueron realizadas sincronizadamente durante cuatro días de abril de 2017. Cada telescopio produjo enormes cantidades de datos que se almacenaron en discos duros de helio de alto rendimiento. Todos los datos se enviaron a supercomputadoras especializadas ubicadas en el Instituto de Radioastronomía Max Planck y en el Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachusetts  donde, gracias a novedosos algoritmos, se pudieron materializar en una imagen.

En este proyecto, que muy probablemente recibirá el Premio Nobel de Física en los próximos años, participan 12 investigadores mexicanos del Gran Telescopio Milimétrico del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, y de los institutos de Radioastronomía y Astrofísica, y de Astronomía de la UNAM, encabezados por Laurent Loinard y David Hughes.

Los investigadores informaron que entre los próximos retos del EHT está obtener un video o película de M87 y estudiar a más objetos de este tipo con nuevas imágenes, incluido el hoyo negro de nuestra galaxia Sagitario A*, cuya imagen esperan revelar el próximo año.

Esta primera imagen, de acuerdo con Laurent Loinard, brinda un punto de inflexión para la astronomía y la física fundamental y abre una nueva era en la que se podrán estudiar los “horizontes de eventos” de los agujeros negros. Esta imagen representa un enorme logro, resultado de años de trabajo, pero a la vez, es solo un principio.

Ahora, casi un siglo después de la primera referencia de un hoyo negro, ya se tiene la primera imagen que nos permite observarlos en acción y que nos brinda más información sobre su naturaleza, pero sobre todo la imagen contribuye al conocimiento humano de la naturaleza y el Universo, lo cual es tan valioso para el intelecto como una obra de arte, una composición musical o una obra literaria.

Apuntes al margen

La semana pasada, a través de Twitter, el Conacyt informó sobre una actividad donde se sostuvo que “el pensamiento científico racionalista, hegemónico y colonizador debe ser reemplazado por un diálogo de saberes transversal y multidimensional”, lo cual suscitó una controversia en esa red social.

Cuestionada al respecto sobre cómo sustituir los resultados del EHT como ejemplo  vanguardista del pensamiento científico, la directora general del Consejo, María E. Álvarez-Buylla, señaló que el tuit debió decir que “no se sustituye la ciencia racionalista y hegemónica, sino que debe complementarse” con los saberes ancestrales en campos como la medicina y el medio ambiente.

A diferencia del presidente chileno, Sebastián Piñera, quien felicitó a sus connacionales que participaron en el EHT, el presidente de México no se ha pronunciado al respecto. Prefiere reunirse con religiosos y lanzar homilías que felicitar a los científicos mexicanos que hicieron importantes contribuciones al gran logro científico. Pocas veces la ciencia mexicana puede contribuir de esta manera a la ciencia mundial.

Comentarios y sugerencias: @abanav y abanav@gmail.com