Watching a black hole


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El anuncio a finales de marzo del anuncio de un gran descubrimiento astrofísico el miércoles 10 de abril hizo lanzar todas las alarmas. Durante esos días astrofísicos, periodistas, comunicadores científicos y muchos interesados se preguntaban “qué era” lo que se había descubierto, y si realmente eran necesarias 6 multitudinarias ruedas de prensa en países de 4 continentes para ello. Algunos sugerían que el anuncio no sería para tanto, otros que quizá revolucionaba la astrofísica. Lo que sí estaba claro era que estaba relacionado con el proyecto del “Event Horizon Telescope” (EHT, “Telescopio del Horizonte de Sucesos”), proyecto que desde 2017 está intentando conseguir la primera imagen de un agujero negro.

Afortunadamente la noticia no defraudó: por primera vez se ha obtenido una imagen que muestra de forma inequívoca un agujero negro. Se trata de la imagen adjunta, que probablemente el lector ya ha visto estos días: el jueves 11 de abril fue portada de numerosos diarios nacionales e internacionales (como nota irónica, la que más divertida quizá fue la del periódico inglés “Metro” que junto a la imagen decía “Esto es lo que el Brexit parece desde el espacio”). No obstante, hay que dejar claro que el hueco oscuro en el centro de la imagen NO es el agujero negro. Un agujero negro no se puede fotografiar. Esta no es la imagen de un agujero negro. Mucha gente está usando el término “la sombra del agujero negro”, pero esta designación tampoco es completamente correcta. Sería más bien “la silueta” de un agujero negro, que es lo que representa el horizonte de sucesos de un agujero negro.

Imagen de la silueta del agujero negro súper-masivo en el centro de la gigantesca galaxia elíptica M 87, a 55 millones de años luz de distancia, conseguida mediante la colaboración del “Telescopio de Horizonte de Sucesos” (EHT, Event Horizon Telescope). El EHT es un conjunto de ocho telescopios basados en tierra distribuidos por todo el planeta y formado gracias a una colaboración internacional, fue diseñado para captar imágenes de un agujero negro. Se han incluido el tamaño de la órbita de Plutón y la posición de Voyager I, la sonda espacial más lejana. Crédito: Colaboración EHT.

Pero vayamos por partes. ¿Qué es un agujero negro? En Astrofísica designamos como tal a un objeto tan denso (mucha masa en un volumen muy pequeño) que ni siquiera la luz puede escapar de él. El punto de “no retorno”, que no coincide con el borde del agujero negro, es lo que se conoce como “horizonte de sucesos”. Como toda la luz es “absorbida” de nuevo por este objeto, los agujeros negros son imposibles de ver y de detectar… salvo que tengan una acreción de material (gas cayendo dentro). En este caso, el gas se calienta mucho y emite radiación, que muchas veces se puede ver en colores muy energéticos como los rayos X o los rayos gamma. Así se descubrieron los primeros agujeros negros estelares hace ya varias décadas.

Lo fascinante de los agujeros negros es que son objetos cuya física está fuera de lo que conocemos en la actualidad. Las leyes que tenemos se rompen ahí: son “singularidades”. Necesitaríamos leyes físicas más avanzadas para poder entenderlos. Pero por el momento no las hemos encontrado. La singularidad más famosa en Física es el mismo Big Bang. Por eso estudiando agujeros negros podemos ir un poco más allá y conseguir pistas para una nueva Física que sea capaz de explicar mejor la Naturaleza. Este era precisamente el objetivo del famoso físico inglés Stephen Hawking, quien hubiese disfrutado mucho de ver esta imagen.

Hay varios tipos de agujeros negros. Algunos son pequeños, los restos de estrellas de alta masa que han explotado como supernova. Encontramos muchos de estos en nuestra Galaxia. Pero luego existen los agujeros negros súper-masivos: gigantescos monstruos con millones, a veces incluso miles de millones, de veces la masa del Sol, que se encuentran en el centro de las galaxias. Los agujeros negros súpermasivos suelen tener fácilmente fenómenos de acreción, y obviamente son más grandes, por lo que deberían ser también más fáciles de observar.

Sin embargo, la naturaleza no pone las cosas fáciles. El tamaño de un agujero negro súpermasivo es típicamente el mismo de todo el Sistema Solar: en las escalas del Universo esta distancia es ridícula, y cuando pensamos en observar galaxias a decenas de millones de años luz el tamaño angular es diminuto: necesitamos una gran resolución espacial para poder distinguir un tamaño tan pequeño.

Es aquí donde entra en juego el EHT: este proyecto ha usado 8 complejos de radiotelescopios localizados en diversos lugares del globo para observar a la vez el centro de la gigantesca galaxia M 87. Esta galaxia elíptica, en el centro del cúmulo de galaxias de Virgo, está a 55 millones de años luz de nosotros. Su centro posee un agujero negro súper-masivo de 6500 millones de veces la masa del Sol, del que salen unos chorros calientes de plasma que se han observado muy bien tanto en radio como en rayos X e incluso en los colores del visible.

Las observaciones de EHT, que se llevaron a cabo en abril de 2017, utilizan la técnica de la “interferometría de muy larga base” (VLBI, por sus siglas en inglés) para conseguir que los 8 radio observatorios se compenetren como un gigantesco radiotelescopio del tamaño de la Tierra. Así es como se consigue la resolución espacial necesaria para poder “ver” la silueta del agujero negro. Esta resolución espacial, que es de 20 microsegundos de arco (el diámetro de la luna llena es de 1800 segundos de arco), es suficiente para poder leer un periódico en París estando en Nueva York. Hay que destacar que, además del famoso observatorio ALMA (en Atacama, Chile), que de por sí cuenta con 64 radiotelescopios, para EHT han sido cruciales los datos del radiotelescopio IRAM de 30m de Pico Veleta en Granada.

Obviamente la técnica es mucho más compleja de lo que aquí se puede explicar (por eso no se ha hecho antes). No sólo por la toma de datos y su recopilación con una precisión temporal enorme, sino a la hora de procesar los 5 petabites de datos (equivalente a 1.1 millones de DVDs) para conseguir la imagen final. En este punto hay que señalar la labor clave de la joven astrofísica estadounidense Katie Bouman (ahora en CalTech, EE.UU.), quien siendo aún estudiante desarrolló el algoritmo principal que se ha usado para ello.

La imagen final, que no es sino la primera de muchas más que se esperan de otros agujeros negros (como el del centro de nuestra Galaxia, que ya se ha observado), en los próximo años, es la culminación de décadas de trabajo teórico, técnico y observacional, en la que centenares de científicos y técnicos de todo el mundo han trabajo estrechamente. EHT es el logro de 13 instituciones científicas con financiación clave dada por la NSF (“National Science Foundation”, EE.UU.), el ERC (“Consejo Europeo de Investigación de la UE) y agencias de financiación de Asia Oriental. Se ha logrado lo que hace menos de una década parecía imposible. Esto es un ejemplo más del enorme avance científico y técnico que estamos viviendo en la actualidad.

 

Artículo originariamente publicado el domingo 14 abril de 2019 en el Suplemento “El Zoco” de Diario Córdoba dentro de la sección “Zoco de Astronomía” que desde marzo de 2009 escribe semanalmente nuestro socio el astrofísico y divulgador científico Ángel R. López-Sánchez.


Angel.Lopez-Sanchez

About Angel.Lopez-Sanchez

Dr Ángel R. López-Sánchez is an astrophysicist and science communicator working at the Australian Astronomical Optics (AAO) and the Department of Physics and Astronomy of the Macquarie University (MQ) in Sydney (NSW, Australia). His research is focused in the analysis of star formation phenomena in galaxies of the Local Universe, especially in dwarf starbursts and spiral galaxies, using multi-wavelength (UV, optical, IR, radio) data. He presented his PhD Thesis at University of La Laguna and the Instituto Astrofisica de Canarias (Spain) in 2006. In 2007 he joined CSIRO Astronomy & Space Science (Sydney) with a postdoctoral position. He then joined the AAO (formerly the Australian Astronomical Observatory) and MQ in 2011. In July 2018 he was appointed as Senior Lecturer at AAO-MQ. He has been providing instrument and observing support at the Anglo-Australian Telescope (AAT, Siding Spring Observatory, NSW) since 2011, being the instrument scientist of several instruments: the multi-fiber spectrograph 2dF+AAOmega and the near-infrared imager and spectrograph IRIS2. He also has large experience with integral-field spectroscopy (IFS), being a very active member of the SAMI collaboration at the AAT and part of the HECTOR Science Team. He currently is the Instrument Scientist of KOALA+AAOmega at the AAT, and leads the international astronomy survey "HI KOALA IFS Dwarf and irregular galaxy Survey" (Hi-KIDS), that is getting unique, high-quality IFS data of a sample of 100 nearby dwarf and irregular galaxies for which 21cm H I interferometric data is available He has large experience teaching undergraduate and PhD students and giving lectures and classes about Astronomy. Dr. López-Sánchez is passionate science communicator who continuously gives talks and public lectures, writes popular science articles and organizes science communication events and stargazing activities. He is very active in social media, his Twitter feed is @El_Lobo_Rayado.