Ya ha llegado el momento. Por primera vez en la Historia podemos ver el aspecto de un agujero negro. Los astrónomos han celebrado hoy seis ruedas de prensa ( así lo hemos contado) para mostrar una mole gigantesca, salida de una pesadilla: una región oscura y desgajada del espacio-tiempo, tan pesada como 7.000 millones de soles, y situada en el corazón de la galaxia Messier 87: un agujero negro supermasivo situado a 55 millones de años luz de la Tierra.
agujero negro
© EHT
La primera foto de un agujero negro. Está rodeado por un halo de gas brillante atraído por la gravedad del agujero.
Está tan lejos que verlo es tan difícil como captar una naranja en la superficie de la Luna. Su aspecto, sin embargo, recuerda bastante al mágico ojo de Sauron. Los resultados de esta observación son una potente confirmación de la relatividad general de Einstein y un logro humano sin precedentes, en el que 200 científicos de varios países han trabajado codo con codo para desentrañar los misterios del Universo.

«Hemos expuesto una parte del Universo que nunca habíamos visto hasta ahora», ha dicho en Washington Sheperd Doeleman, presidente del Event Horizon Telescope (EHT), el consorcio internacional que ha llevado a cabo estos trabajos. «Hemos tomado la primera foto de un agujero negro. Es un logro científico extraordinario logrado por un equipo de 200 investigadores».

Hoy ha sido un día muy importante para la astronomía, y la expectación era mucha. Los agujeros negros son objetos cuya existencia no se pone en duda. Podemos ver sus efectos indirectos sobre estrellas, galaxias y nubes de gas, y son predichos por la relatividad general de Einstein. Sin embargo, nunca se había podido ver uno hasta ahora.

Alivio y alegría

Ahora, por fin se ha confirmado su existencia, de una vez por todas. «Estoy profundamente orgulloso de estos resultados», ha dicho Heino Falcke, otro de los líderes del proyecto del EHT. Sin embargo, también ha reconocido que todo el trabajo de análisis y combinación de los datos, que han llevado dos años, «han sido el período emocional más difícil de mi vida». Por eso no sorprende que Doeleman haya dicho que el equipo ha vivido con sorpresa, pero también alivio, la publicación de la foto.

Además de esta imagen, los resultados se han presentado en seis artículos científicos, publicados hoy Astrophysical Journal Letters, en los que ha participado 200 científicos de 60 instituciones.

Confirmando a Einstein

La imagen presentada hoy, entre aplausos y sonrisas, es una confirmación de lo predicho por las ecuaciones, y un espaldarazo a un fenómeno que el propio Einstein fue reacio a aceptar, cuando el alemán Karl Schwarzschild lo sugirió por primera vez en 1916. «Hoy, la ciencia ficción se ha hecho ciencia de hechos», ha dicho en Washington Avery Broverick, otro de las piezas claves en el EHT.

De hecho, tomar una imagen como la de hoy, marca el comienzo de una nueva era en la astrofísica en la que se comprobará de forma muy exquisita la validez de las ecuaciones de Einstein para la gravedad. «Ahora podemos contestar a estas preguntas», ha dicho Falcke. «Este se ha convertido en un campo experimental».

¿Por qué? Tal como ha destacado en este periódico Barry Barish, profesor en el Caltech y premio Nobel de Física en 2017 por la primera detección directa de las ondas gravitacionales, estas observaciones son relevantes para afianzar «el campo fuerte» de la gravedad: «Sabemos que la relatividad general de Einstein funciona muy bien en el límite del campo débil, incluso los GPS dependen de ello. Realmente, la pregunta es cuán bien funciona en el límite del campo fuerte, por ejemplo en lo relacionado con agujeros negros».

Por eso, probablemente la imagen del corazón de M87 se quedará en nuestra memoria durante mucho tiempo. «Creo que lo que estáis a punto de ver dejará una huella en los recuerdos de las personas», dijo France Córdova, presidenta de la National Science Foundation de Estados Unidos, minutos antes de que se publicara la imagen.

Sin noticias de Sagitario A*

Por desgracia, hoy no se ha podido ver la imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea que también fue observado por los telescopios. Los científicos han explicado que aún no se ha podido resolver la información para asegurarse de que no se obtienen conclusiones falsas, en gran parte porque este agujero es demasiado «activo». Harán falta más observaciones y análisis.

«Esto no es el final, esto es solamente el principio. Seguimos mejorando nuestras observaciones para sacar aún más detalles con los que entender mejor la física. El próximo año nos llevarán aún más cerca a nuestro objetivo final, que es buscar nuestro origen cósmico», han dicho los miembros del EHT en Chile.
ESO/M. Kornmesser
© ESO/M. Kornmesser
Representación del corazón de la galaxia M87
La empresa ha sido fruto del trabajo de 200 investigadores. La primera parte de los trabajos tuvo lugar en abril de 2017, cuando los radiotelescopios observaron Sagitario A*, el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, y el que se encuentra en el núcleo de la galaxia M87, durante cinco noches seguidas.

Una tarea titánica

Participaron ocho radio observatorios, situados en Hawái, Arizona, España, México, Chile y el polo Sur. Los científicos lograron sincronizar sus antenas y lo lograron por medio de revolucionarias técnicas de inteferometría (llamada «Very Long Baseline Interferometry» o VLBI), para sumar las áreas de sus detectores y conseguir las capacidades que tendría un telescopio tan grande como la Tierra. Según ha dicho Paul McNamara, astrofísico de la Agencia ESpacial Europea (ESA), solo esto es «un logro técnico excepcional».

Todos estos telescopios recogieron las ondas procedentes de ambos agujeros que tienen una longitud de onda de un milímetro, que es aquella radiación que puede atravesar los turbios centros de estas galaxias, poblados por polvo y gas. El reto fue enorme: ambos objetos están extremadamente lejos y tienen un tamaño relativamente pequeño. El núcleo de M87 está a 55 millones de años luz y tiene 40.000 millones de kilómetros de diámetro.

Las observaciones requirieron turnos de trabajo de hasta 18 horas diarias, y sufrieron un empujón definitivo gracias a la incorporación en el proyecto del observatorio ALMA «Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array» (en Chile). Pero lo más difícil llegó con el análisis de la información recogida.

En total se captaron cinco petabytes de información, un volumen tan grande de datos, que los investigadores no pudieron subirlos a internet y tuvieron que compartirlos por medio de discos duros físicos. Este es el «peso» que tendrían las canciones en formato MP3 necesarias para estar sonando 8.000 años seguidos.
«Este logro tremendo es el resultado de nuestra comprensión de la relatividad general, de los agujeros negros y, técnicamente, de la interferometría de gran escala. Y también implica una colaboración planetaria», ha concluido Barry Barish, para hablar sobre la relevancia de lo logrado hasta hoy.
ABC/AFP
© ABC/AFP
Los agujeros negros supermasivos son objetos que almacenan la masa de millones de soles en espacios muy reducidos, y que se caracterizan por estar rodeados por una banda de plasma (gas muy caliente) girando a enormes velocidades. También se caracterizan por tener un horizonte de sucesos, que es una región que funciona como un punto de no retorno que, una vez atravesado, impide que nada, ni la luz, escapen del interior de estos objetos. Se puede decir, por tanto, que los agujeros son pozos gravitacionales en los que el espacio-tiempo colapsa y que atrapan la luz y la materia a perpetuidad. Por último, dentro de los agujeros negros existe una singularidad gravitacional, un punto sin dimensiones con densidad infinita

En sí mismos, estos objetos son oscuros y no tienen ningún rasgo. Pero están rodeados por un disco de gas extremadamente caliente (plasma), acelerado y magnetizado, cuya forma nos indica cómo es este horizonte de sucesos. Además, estos anillos emiten radiación capaz de atravesar las nubes de gas y polvo que hay en el centro de las galaxias. Y por eso podemos verlos, descifrando muchos de los secretos del espacio-tiempo que Albert Einstein puso sobre la mesa hace más de 100 años.

Entender los agujeros negros y los jets

Además de afianzar, o no, la relatividad, las observaciones del EHT probablemente también revelarán interesantes datos sobre los agujeros negros y los jets que emiten.

Se desconocen los detalles de cómo la materia, gas y estrellas, que engullen los agujeros, es transformada en potente radiación, y también cómo caen hacia ellos, previamente. «Es muy probable que el EHT dilucide todas estas preguntas, sobre todo en combinación con otras observaciones en la banda de rayos X», ha explicado a ABC Charles Hailey, experto en este objeto en la Universidad de Columbia (EE.UU.).

Saber todo eso es fundamental para estudiar cómo los agujeros negros supermasivos que existen en la mayoría de las galaxias influyen en su evolución.
«Incluso cuando estos objetos apenas contribuyen a una pequeña parte de la masa de una galaxia, parecen tener un efecto desmesurado en su evolución. Este es sin duda un campo muy activo en la astrofísica ahora mismo», ha añadido Hailey.
Parece que en los próximos años lo estará aún más. Sheperd Doeleman adelantó que en abril del año pasado el EHT hizo otra observación de Sagitario A* y de M87, y que por entonces recogieron el doble de datos que en la primera observación. «Nuestro plan es llevar a cabo estas observaciones de forma indefinida y ver cómo las cosas cambian», ha reconocido.

¿Cómo se puede interpretar la imagen?
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© EHT
La primera foto de un agujero negro. Está rodeado por un halo de gas brillante atraído por la gravedad del agujero.
En la imagen presentada hoy estamos viendo un objeto que en el cielo sería tan grande como una naranja puesta sobre la superficie de la Luna. Es el agujero negro supermasivo del centro de Messier 87 (se cree que la mayoría de las galaxias tienen estos objetos en su núcleo), una galaxia situada a 55 millones de años luz de la Tierra. Esta se caracteriza por tener un jets de energía y partículas, que mide 5.000 años luz de largo, emitido precisamente por este agujero negro.

Agujeros negros como el de M87 son pozos gravitatorios situados en el corazón de las galaxias, en regiones que en ocasiones están pobladas por nubes de polvo, gas y estrellas errantes, que a veces caen en su interior.

Estos pozos atraen esta materia hasta su centro, y la aceleran a altísimas velocidades. Generan discos de acreción, en los que la materia emite radiación y se magnetiza. En ocasiones, liberan increíbles chorros o jets de energía y partículas, en perpendicular a estos discos.

Lo que se ve en la imagen es la zona en la que esta materia es acelerada y cae al horizonte de sucesos del agujero. El centro, donde está el propio agujero, es más o menos tan grande como el Sistema Solar, y ahí se concentra una masa de 7.000 millones de soles.

Vemos un lado más brillante porque en ese punto la materia se mueve hacia el observador e incrementa su brillo gracias al efecto doppler (el que hace que la sirena de una ambulancia suene más aguda cuando se acerca hacia nosotros). En el otro punto, se ve más oscura precisamente por lo contrario.

La distorsión de tal acumulación de la gravedad en el espacio-tiempo le juega una mala pasada a nuestro sentido común. En la imagen no solo vemos la parte del disco de acreción que se orienta hacia nosotros. También vemos la parte posterior.

Ahora los científicos tienen el trabajo de observar en gran detalle la imagen y tratar de contrastarla con la relatividad de Einstein. Además, podrán estudiar cosas fundamentales sobre el comportamiento de los agujeros negros.