Lo que realmente muestra la imagen del agujero negro de la Vía Láctea

Los agujeros negros guardan sus secretos. Capturan por siempre todo lo que entre en ellos. La propia luz no puede escapar de la hambrienta atracción de un agujero negro.

Parecería, entonces, que un agujero negro debería ser invisible —y tomar su foto imposible—. Así que una gran fanfarria acompañó la publicación en 2019 de la primera imagen de un agujero negro. Luego, en la primavera de 2022, los astrónomos desvelaron otra foto de un agujero negro, esta vez del que se encuentra en el centro de nuestra propia Vía Láctea.

La imagen muestra una mancha anaranjada con forma de rosquilla que se parece notablemente a la imagen anterior del agujero negro del centro de la galaxia Messier 87. Pero el agujero negro de la Vía Láctea, Sagitario A*, es en realidad mucho más pequeño que el primero y era más difícil de ver, ya que requería asomarse a través del disco nebuloso de nuestra galaxia. Así que, aunque las observaciones de nuestro propio agujero negro se realizaron al mismo tiempo que las de M87, se necesitaron tres años más para crear la imagen. Para ello fue necesaria la colaboración internacional de cientos de astrónomos, ingenieros e informáticos, así como el desarrollo de sofisticados algoritmos informáticos para reconstruir la imagen a partir de los datos brutos.

Estas “fotos” no muestran, por supuesto, directamente un agujero negro, definido como la región del espacio situada dentro de una barrera de punto de no retorno conocida como horizonte de sucesos. En realidad, registran partes del panqueque plano de plasma caliente que se arremolina alrededor del agujero negro a altas velocidades en lo que se conoce como disco de acreción. El plasma está compuesto por partículas cargadas de alta energía. A medida que el plasma gira alrededor del agujero negro, sus partículas aceleradas emiten ondas de radio. El anillo naranja borroso que se ve en las imágenes es una elaborada reconstrucción de estas ondas de radio captadas por ocho telescopios dispersos alrededor de la Tierra, conocidos colectivamente como el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés).

La imagen más reciente relata el épico viaje de las ondas de radio desde el centro de la Vía Láctea, proporcionando detalles sin precedentes sobre Sagitario A*. La imagen constituye también “una de las pruebas visuales más importantes de la relatividad general”, nuestra mejor teoría actual de la gravedad, afirma Sera Markoff, astrofísica de la Universidad de Ámsterdam y miembro de la colaboración del EHT.

El estudio de los agujeros negros supermasivos como el de Sagitario A* ayudará a los científicos a conocer mejor cómo evolucionan las galaxias a lo largo del tiempo y cómo se congregan en vastos cúmulos por todo el universo.

Desde el núcleo galáctico

Sagitario A* es 1.600 veces más pequeño que el agujero negro de Messier 87 del que se obtuvieron imágenes en 2019, y también está unas 2.100 veces más cerca de la Tierra. Esto significa que los dos agujeros negros parecen tener aproximadamente el mismo tamaño en el cielo. Geoffrey Bower, científico del proyecto EHT en el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica de Taiwán, afirma que la resolución necesaria para ver Sagitario A* desde la Tierra es la misma que se necesitaría para tomar una fotografía de una naranja en la superficie de la Luna.

El centro de nuestra galaxia se encuentra a 26.000 años luz de nosotros, por lo que las ondas de radio recogidas para crear esta imagen fueron emitidas alrededor del momento en que se construyó uno de los primeros asentamientos humanos permanentes conocidos. El viaje de las ondas de radio comenzó cuando fueron emitidas por las partículas del disco de acreción del agujero negro. Con una longitud de onda de aproximadamente 1 mm, la radiación viajó hacia la Tierra relativamente sin ser perturbada por el gas y el polvo galácticos intermedios. Si la longitud de onda fuera mucho más corta, como la luz visible, las ondas de radio se habrían dispersado por el polvo. Si la longitud de onda fuera mucho más larga, las ondas habrían sido desviadas por las nubes de plasma cargadas, distorsionando la imagen.

Finalmente, tras el recorrido de 26.000 años luz, las ondas de radio fueron captadas y registradas en los radiotelescopios distribuidos por todo el planeta. La gran separación geográfica entre los observatorios fue esencial: permitió al consorcio de investigadores detectar diferencias extremadamente sutiles en las ondas de radio recogidas en cada lugar mediante un proceso llamado interferometría. Estas pequeñas diferencias se utilizan para deducir las minúsculas diferencias en la distancia que cada onda de radio recorrió desde su fuente. Utilizando algoritmos informáticos, los científicos consiguieron descodificar las diferencias de longitud de recorrido de las ondas de radio para reconstruir la forma del objeto que las emitió.

Los investigadores plasmaron todo esto en una imagen de falso color, en la que el naranja representa las ondas de radio de alta intensidad y el negro las de baja intensidad. “Pero cada telescopio solo capta una pequeña fracción de la señal de radio”, explica Fulvio Melia, astrofísico de la Universidad de Arizona que ha escrito sobre el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia. Como nos falta gran parte de la señal, “en lugar de ver una foto cristalina, se ve algo un poco nebuloso... un poco borroso”.

La imagen ayuda a revelar más sobre el horizonte de sucesos del agujero negro —el punto más cercano al que cualquier cosa puede acercarse al agujero negro sin ser succionado—. Más allá del horizonte de sucesos, ni siquiera la luz puede escapar.

A partir de la imagen, los científicos han podido calcular mejor el tamaño del horizonte de sucesos y deducir que el disco de acreción está inclinado más de 40 grados con respecto al disco de la Vía Láctea, de modo que estamos viendo la cara redonda del disco de acreción plano, en lugar de la delgada tajada de su borde.

Pero incluso si el disco de acreción del agujero negro estuviera orientado hacia el borde en relación con la Tierra, la gravedad que rodea al agujero negro deforma tanto el espacio a su alrededor que la luz emitida por la parte trasera del agujero negro se desviaría para venir hacia nosotros, creando una imagen anular independientemente de su orientación. Entonces, ¿cómo saben los científicos su orientación? Porque el anillo es mayoritariamente redondo; si viéramos el disco de acreción por el borde, el anillo sería más aplastado y oblongo.

Markoff cree que esta nueva capacidad de mirar en el corazón de nuestra galaxia ayudará a llenar las lagunas en nuestra comprensión de la evolución de las galaxias y de la estructura a gran escala del universo. Un objeto denso y masivo como un agujero negro en el centro de una galaxia influye en los movimientos de las estrellas y el polvo cercanos a él, y eso influye en cómo cambia la galaxia a lo largo del tiempo. Las propiedades del agujero negro, como la dirección en la que gira, dependen de la historia de sus colisiones, con estrellas o con otros agujeros negros, quizás. “Mucha gente... mira el cielo y piensa que todo es estático, ¿verdad? Pero no lo es. Es un gran ecosistema de cosas que están evolucionando”, dice Markoff.

De momento, el hecho de que la imagen coincida con las expectativas de los científicos de forma tan precisa la convierte en una importante confirmación de las teorías actuales de la física. “Esta ha sido una predicción que hemos tenido durante dos décadas”, dice Bower, “que veríamos un anillo de esta escala. Pero, ya sabe, ver es creer”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner

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