Preguntas frecuentes para entender la imagen del agujero negro

Las portadas de todos los periódicos abren hoy con ciencia | imagen Pablo Jauregui

Pocas veces tenemos la oportunidad de ver cómo la ciencia abre las portadas de todos los periódicos locales y nacionales. Ayer se publicó la primera imagen de un agujero negro y esta noticia ha acercado la curiosidad por el cosmos al gran público pero también ha abierto infinidad de preguntas y cuestiones que intentaremos responder en este artículo de la manera más simple y accesible.

Imagen del agujero negro en M87 realizada por el consorcio internacional EHT

¿Es una fotografía?

No exactamente, lo que vemos en la imagen es una composición realizada a partir de datos, tomados durante diferentes días (5, 6, 10 y 11 de abril de 2017) utilizando ocho radiotelescopios situados en 6 lugares diferentes. Esta red de telescopios, conocida como EHT (Telescopio de Horizonte de Sucesos) recopiló una ingente cantidad de información (5 petabytes) en forma de ondas de radio, es decir, la imagen que vemos no se ha realizado con luz visible como la que captura nuestra cámara de fotos, sino por longitudes de onda de 1,3 milímetros (228 GHz).

El agujero negro en el centro de la galaxia M87, observaciones durante diferentes días | imagen EHT

Pero tampoco pasa nada si le llamamos “fotografía”. Al fin y al cabo, el fotón (de donde proviene la palabra “fotografía”) es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas y, por supuesto, las ondas de radio. Así se trabaja en Astronomía, es lo normal. La mayoría de “fotografías” que vemos del Universo no se han tomado en luz visible, sino en otro tipo de luz ya sea en infrarrojo, en rayos X, rayos Gamma o en otras longitudes de onda, como ondas de radio. Después de capturar esos datos en diferentes longitudes de onda, se procesan y se compone una imagen de una galaxia, de un cúmulo galáctico, etc…

Para procesar los datos obtenidos por los radiotelescopios del EHT se han utilizado diversas instituciones como el Instituto Max Planck Institute de Radioastronomía de Alemania o el célebre MIT (Massachusetts Institute of Technology) de EEUU.

¿Qué es eso de la interferometría?

Para conseguir datos de objetos tan lejanos necesitamos antenas muy grandes. Esto se puede conseguir de diferentes maneras. La más directa es construir una radioantena gigantesca, casi del tamaño de una montaña como el famoso radiotelescopio de Arecibo, pero también se pueden conseguir antenas con un diámetro enorme si utilizamos a la vez muchas antenas situadas en diferentes puntos del planeta. De esta forma, distribuyendo diferentes radioantenas en varios continentes conseguimos datos correspondientes a una sola y gran antena del tamaño de la propia Tierra.

Red de radiotelescopios del consorcio internacional EHT

Esta ha sido la técnica utilizada para conseguir la imagen del agujero negro en la galaxia M87. El consorcio internacional EHT posee radiotelescopios distribuidos por todo el planeta (desde la Antártida hasta España, pasando por Chile o Estados Unidos) y todas esas radioantenas, consiguiendo datos a la vez, se comportan como una sola antena del tamaño de la Tierra.

¿Qué hay en esa imagen? ¿Se puede ver el agujero negro?

Un agujero negro es un objeto tan masivo que no permite que la luz escape de su gravedad, así que no podemos “ver” un agujero negro. Pero sí podemos capturar la luz que le rodea. Junto a un agujero negro orbita una enorme cantidad de materia, gas y plasma que gira a velocidades cercanas a la luz y que forma un anillo alrededor del agujero negro. Al girar tan rápido, la materia y el gas se calientan y por eso “brillan” como un anillo anaranjado. Más allá del horizonte de sucesos, la enorme gravedad del agujero no deja escapar la luz y solo vemos oscuridad.

Así pues, la imagen del agujero negro en realidad es la imagen de su sombra y el anillo asimétrico de materia y gas que le rodea.

¿Por qué hemos tardado tanto en conseguir una imagen?

La física ha especulado con la existencia de agujeros negros, es decir, objetos tan masivos que rompieran el tejido espacio-tiempo, desde finales del siglo XVIII. El clérigo inglés John Michell imaginó ese mismo concepto, al que llamó “estrella oscura”, allá por el año 1784. Más tarde, el propio Einstein formuló su existencia como conclusión lógica de sus leyes de la relatividad. Así pues, incluso si tomamos 1915 como fecha de referencia, llevamos más de un siglo teorizando sobre los agujeros negros… es lógico preguntarse por qué hemos tardado tanto.

Lo cierto es que los hemos detectado mucho antes. Los agujeros negros se han confirmado gracias a métodos indirectos. Aunque no se vean, son tan masivos que su influencia gravitatoria hacia las estrellas y objetos que le rodean se puede medir, y de esta forma se puede detectar dónde están. Por ejemplo, en este video:

Sin embargo, conseguir esta imagen ha sido tan difícil porque los agujeros negros están muy lejos. No solo lejos, están muy muy lejos. El agujero negro de M87 que contemplamos en la imagen se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra. Piense un poco esa cifra: la distancia que recorreríamos durante 55 millones de años a la velocidad de la luz. Para conseguir datos fiable de algo a tanta distancia necesitábamos desarrollar tecnologías impensables en la época de Einstein… tecnologías imposibles incluso unas décadas atrás.

Por suerte, el agujero negro de M87 es gigantesco. En su interior cabría holgadamente todo nuestro sistema solar. Pero aún así, y a pesar de su gran tamaño, el reto de conseguir una imagen ha sido espectacular. Para entender esta proeza tecnológica imagina que intentas conseguir una imagen de una pelota de golf, situada en la superficie de la Luna, desde la ventana de tu casa… es normal que salga un poco borrosa.

Comparación del agujero negro en M87 con nuestro Sistema Solar | imagen XKCD Comic

Es cierto que existen agujeros negros más cercanos a nosotros, pero son mucho más pequeños. Nuestro propio agujero negro, situado en el centro de nuestra Vía Láctea, es casi nada en comparación con el de M87. El agujero negro de la imagen tiene una masa similar a 6500 millones de soles mientras que el agujero de nuestra galaxia, Sagitario A*, “apenas” cuenta con una masa de 4 millones de soles. El proyecto de radiotelescopios EHT también ha tomado datos de nuestro agujero Sagitario A*, pero existen demasiados movimientos locales en nuestra galaxia como para conseguir una imagen tan nítida.

¿Conseguiremos imágenes con más resolución?

Será muy difícil. Necesitaríamos un planeta más grande para “aumentar” el diámetro de nuestras antenas o podríamos enviar interferómetros al espacio para conseguir aumentar ese diámetro. También podríamos instalar un radiotelescopio en la Luna y así, utilizando interferometría, tendríamos una antena con un diámetro de 480.000 kilómetros (la distancia de la Tierra a la Luna)… pero como podéis imaginar, esto no va a suceder en un futuro cercano.

Existen agujeros negros más próximos a nosotros, pero también son más pequeños, mucho más pequeños, por lo que esta imagen de M87 posiblemente sea de las mejores que vayamos a conseguir hasta dentro de muchos años.

¿Por qué es importante esta imagen?

Alguna gente ha cuestionado la importancia de la imagen publicada ayer. Argumentan que desde hace ya más de una década sabemos a ciencia cierta que existen los agujeros negros, pero esas confirmaciones se habían realizado por métodos indirectos. Las ecuaciones y teorías se asientan con observaciones reales y esta es la primera vez que podemos observar directamente un agujero negro. La imagen además nos permite confirmar otros aspectos con más detalle, como por ejemplo la asimetría del anillo.

Pero sobre todo esta imagen es un reflejo de lo que el ser humano puede conseguir, un logro que ha reunido a cientos de investigadores procedentes de países muy diferentes, trabajando unidos para aumentar nuestro conocimiento del mundo que nos rodea. Una colaboración de seres humanos que ha convertido su planeta en una gigantesca antena, capaz de mirar a una distancia increíble y capturar el objeto más misterioso del Universo.

Un agujero negro es una ruptura en la física, un desgarro en el tejido espacio tiempo del Cosmos. A partir de su horizonte de sucesos no sabemos qué ocurre ni qué leyes físicas rigen. Hemos conseguido una imagen del límite de nuestro conocimiento. Ahí acaba todo lo que sabemos, en ese anaranjado círculo termina nuestra física y empieza el mayor enigma al que nos enfrentamos.

Vivimos tiempos apasionantes, y solo recordando algunos hitos en apenas unos años hemos descubierto el bosón de Higgs, hemos detectado Ondas gravitacionales y hoy miramos la primera imagen de un agujero negro. Miradla otra vez… es una imagen bella, poética y sobrecogedora. Recoge lo que sabemos y delimita nuestra ignorancia. La curiosidad y el afán de conocimiento nos han llevado hasta ese límite y ahora podemos verlo directamente.