Felipe Asenjo

Una de las primeras y más increíbles predicciones la teoría de Relatividad General de Einstein son los agujeros negros. Y aunque fueron teóricamente predichos hace más de 100 años (en 1916), hoy, por primera vez, se pudo obtener la fotografía de uno de ellos.

Poco tiempo después de que Einstein publicara su celebrada teoría de la Relatividad, Karl Schwarzschild, destacado físico, matemático, astrónomo y soldado, encontró una solución exacta a las ecuaciones que Einstein planteaba. El propio Einstein estaba sorprendido que sus complicadas ecuaciones tuvieran una solución exacta. Pero lo más extraordinario era lo que la solución misma nos decía.

Schwarzschild había descubierto que podían existir cuerpos tan enormemente masivos, que su inmensa gravedad atraparía cualquier cosa, inclusive la luz. Por lo tanto, para alguien que estuviera viendo desde lejos este cuerpo, este luciría negro. A estos extraños cuerpos se les empezó a llamar agujeros negros, y por mucho tiempo fueron considerados sólo raras particularidades de las ecuaciones de Einstein.

Pero, ¿por qué sería tan raro que los agujeros negros existieran?

El problema es que son objetos que desafían varias nociones acerca de lo que sabemos sobre la naturaleza. Un ejemplo de esto es el horizonte de eventos, lugar de no retorno. Si algo pasa más allá de este punto ya no podrá escapar del agujero negro. En este lugar, el tiempo y el espacio pierden el sentido usual y efectivamente se intercambian. Por lo tanto, probar la existencia de los agujeros negros es fundamental para nuestro entendimiento del universo.

Aunque ya se había inferido la existencia de ellos debido a interacciones gravitacionales con estrellas, jamás habíamos tenido evidencia absoluta de estos cuerpos, es decir, nadie nunca había visto un agujero negro. Esto es muy importante ya que así es cómo funciona la ciencia. Por más teorías y predicciones que uno tenga de un fenómeno, si no hay evidencia absoluta entonces ese fenómeno no puede ser realmente catalogado como verdadero.

Con este objetivo, se creó Event Horizon Telescope (EHT). Este telescopio fue diseñado para observar de manera real el agujero negro supermasivo en SgrA* en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

El EHT es especial, ya que está formado por múltiples telescopios alrededor del mundo formando un patrón o arreglo, que permite tener un telescopio del tamaño del planeta Tierra al analizar las señales de todos los telescopios que lo componen. Es como si se hubiera podido construir un telescopio en el espacio del tamaño de nuestro planeta [1,2].

Imagen que muestra la ubicación de algunos de los telescopios que forman el EHT, así como las líneas de base largas entre los telescopios. Crédito: ESO / L. Calçada

Después de analizar cantidades gigantescas de datos producto de las observaciones, hoy, por fin se mostró la primera fotografía del agujero negro del centro de la galaxia M87. El agujero es el círculo negro central. Lo más impresionante no es el círculo en sí, sino que podemos ver claramente dónde termina, es decir, podemos ver el horizonte de eventos del agujero negro.

Es cierto, observarlo con nuestros ojos es imposible, sin embargo, es posible a través de observaciones de alta resolución. Gracias a eso podemos ver la materia super caliente que gira y es engullida por el agujero (de color rojizo). Esto es gas (plasma) a velocidades cercanas a la velocidad de la luz y extremadamente caliente a medida que se acerca al horizonte de eventos. Con esta foto se pudo calcular que el agujero negro es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol [3].

Hoy, el EHT estableció la existencia inequívoca de los agujeros negros. Esto sólo fue posible gracias a la colaboración de más de 200 científicos de varios países, trabajando al unísono. En esta colaboración, Chile y sus cielos jugaron un papel fundamental gracias a los telescopios de ALMA, APEX y ASTE. Sin ellos, la imagen del agujero negro habría sido imposible.

Como puede verse de la imagen del agujero negro (ver abajo) cuando se remueven los datos aportados por los telescopios en Chile, solo se puede ver la luz que viene de la materia caliente, y no el agujero negro con forma definida. Solo una vez que los datos de los telescopios chilenos son usados, la forma del agujero negro se releva. Por lo tanto la colaboración de los instrumentos localizados en Chile fue fundamental en esta gran hazaña.

Comparación de la imagen de M87 tomada por el EHT con ALMA y APEX y sin ALMA-APEX. Crédito: EHT Collaboration

La simple imagen o fotografía de este agujero negro en el centro parece ser algo simple, pero hay que pensarlo en el contexto que se merece. Nosotros, un puñado de seres en un rincón de una galaxia, recién comenzamos a entender cómo realmente funcionaba el espacio y el tiempo, y como la materia y energía es capaz de curvarlo, hace 104 años.

Nuestros resultados nos llevaron a conjeturar estos extraños cuerpos negros donde el espacio y tiempo se tuercen para no dejar escapar nada. Todas estas ideas tienen un fundamento sólido basado en múltiples verificaciones de experimentos más sencillos y de chequeos con teorías más antiguas, como la de Newton.

Con la imagen de hoy,  sabemos con certezas que nuestro entendimiento de los agujeros negros es correcto. Realmente sabemos que vamos en el camino correcto en nuestra búsqueda por el conocimiento. Todo esto nos abre una nueva forma de testear las teorías física y astrofísicas existentes con imágenes reales, llevándonos más lejos en nuestra exploración. Esto sólo nos permite pensar que de ahora en adelante el futuro de la astrofísica y la astronomía será muy interesante, al pasar del terreno teórico al observacional.

Referencias

[1] https://eventhorizontelescope.org/

[2] https://www.almaobservatory.org/en/home/

[3] https://iopscience-event-horizon.s3.amazonaws.com/article/10.3847/2041-8213/ab0ec7/The_Event_Horizon_Telescope_Collaboration_2019_ApJL_875_L1.pdf

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Felipe Asenjo
Académico y Doctor en Ciencias con mención en Física. Con postdoctorados en Umeå Universitet, Suecia, y The University of Texas at Austin, USA. Escríbenos a contacto@chilecientífico.com