12 de agosto del 2022
Alrededor del horizonte de sucesos existe una región donde la luz se mueve en trayectorias cerradas. Se llama esfera de fotones.
1 de Julio de 2022
Por:
Carlos A. Molina

La humanidad ya logró hacer una foto del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la vía láctea. Pero ¿qué es ese cuerpo misterioso y qué nos dice la famosa imagen?

El retrato más difícil de la historia

UNA NAVE ESPACIAL cargada de pasajeros asustados se mueve con turbulencia de camino a un inmenso remolino. Alguien repite una sucesión de números y afirma que deben pasar a velocidad warp para no ser engullidos. Y finalmente, después de realizar una maniobra riesgosa, sobreviven para contar una historia fantástica. Estamos acostumbrados a este tipo de narración en las películas de ciencia ficción, pero los agujeros negros son un poco diferentes a como los pintan.

En 1915, el científico alemán Albert Einstein publicó su teoría sobre la gravedad, la cual recibe el nombre de Relatividad General. Según Einstein, cualquier cuerpo en el universo tiene una propiedad llamada ‘masa’ que es capaz de afectar su entorno (espacio-tiempo) cambiando las trayectorias alrededor de él. Esta forma de ver el mundo cambió drásticamente la idea newtoniana vigente hasta la época en la que la gravedad era una suerte de fuerza invisible en la que las cosas halaban unas de otras.

Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo donde la masa se encuentra extraordinariamente concentrada y, por lo tanto, la deformación que producen es también excepcional. Pero no son como en las películas, que muestran remolinos espaciales que succionan todo a su alrededor.

De acuerdo al origen de estas estructuras, podemos encontrar agujeros estelares y agujeros negros supermasivos que habitan el centro de galaxias como la nuestra. Los primeros aparecen cuando estrellas —que tienen decenas de veces la masa de nuestro Sol— colapsan cuando se les acaba su combustible interno: el hidrógeno.

Aún no entendemos del todo bien cómo se forma el segundo, pero podrían ser el resultado de la fusión de cientos de agujeros negros estelares, una forma de colapso de la materia oscura ocurrido en la primeras épocas de ensamblaje de las galaxias u otros mecanismos todavía no conocidos.

Desde hace casi tres décadas, investigadores del Instituto Max Planck y la Universidad de California venían observando el movimiento de estrellas cerca del centro de nuestra galaxia. Esas estrellas se mueven a altísimas velocidades (1.500 km por segundo) y recorren una región no mayor que la órbita de Mercurio donde no se evidencia la presencia de materia luminosa. La explicación más viable, según el modelo de la Relatividad General, sería la existencia de un agujero negro supermasivo en esta región con una masa cercana a 4,3 millones de veces la masa del Sol. Sin embargo, esto no es evidencia observacional directa de que se trate de ese tipo de objeto, pues, en sí mismo, no lo podemos ver: es revelado por lo que ocurre a su alrededor.

El agujero negro que habita el centro de nuestra galaxia es conocido como SgrA* por ser una fuente de radiación localizada en el cielo en la región de Sagitario, y se encuentra a 26.000 años luz de la Tierra.


A medida que la radiación se mueve alrededor del agujero negro se capturan imágenes. La suma de estas hace que la esfera de fotones se perciba con mejor definición. FOTOS: GEORGE WONG (UIUC) AND MICHAEL JOHNSON (CFA) 


La clave para entender el hallazgo revelado el pasado 12 de mayo por el Observatorio Europeo del Sur y el Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) está en la propia estructura del agujero negro. Si bien existe una región en el centro de este llamada ‘singularidad’, desde la que no podemos recibir ninguna señal de la existencia de un objeto —ni siquiera señales de luz—, el gas y el polvo interestelar orbitan de forma acelerada en la vecindad del agujero emitiendo gran cantidad de radiación. Esta región es conocida como disco de acreción. Por estar tan próxima a la singularidad, esa radiación acaba moviéndose en trayectorias cerradas, generando lo que se conoce como esfera de fotones: la “sombra” del agujero negro. Si se puede observar la esfera de fotones, entonces se revela la existencia del agujero negro en sí mismo y se puede medir su tamaño y su masa.

LA GESTA FOTOGRÁFICA
El desafío era, entonces, crear una imagen de la sombra del agujero negro. Para esto se formó el consorcio Event Horizon Telescope (Telescopio del Horizonte de Eventos), un conjunto de ocho observatorios alrededor del mundo que trabajan como uno solo pero de dimensiones terrestres.

Este proyecto ha sumado las imágenes producidas a lo largo de casi tres años en una única imagen de lo que podría ser el material moviéndose en el corazón de la galaxia alrededor del agujero negro. Una vez recogidas, un supercomputador procesa la información durante semanas para recrear la estructura que fue revelada recientemente.

Lo más relevante en esta foto es la silueta oscura del agujero negro que aparece delimitada por el gas y el polvo acelerados a su alrededor. Las tres concentraciones más brillantes nos sugieren que no estamos viendo el agujero en una vista exactamente frontal, sino tal vez un perfil del mismo, pero también nos permiten inferir la dirección de movimiento de la materia alrededor del horizonte de eventos.

Este hallazgo es importante porque es una nueva confirmación de la solidez de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, pero también porque nos permite entender mejor cómo la materia se comporta cuando es sometida a intensos campos gravitacionales. Se espera que en los próximos años tengamos detalles aún más precisos sobre la vecindad del corazón de nuestra galaxia y que nuevos telescopios como el James Webb traigan nueva información sobre el origen y evolución de los agujeros negros.

*Coordinador del Planetario de Bogotá