Un agujero negro: el abismo cósmico visto por primera vez

BarcelonaEinstein se equivocaba, pero su teoría no. Ha quedado claro una vez más con la primera imagen de un agujero negro que hizo pública este miércoles el equipo científico del Event Horizon Telescope (EHT), un proyecto que arrancó 20 años atrás con el objetivo de fotografiar estos monstruos cósmicos. Los agujeros negros están considerados por los astrofísicos, y también por la cultura popular, como los objetos más enigmáticos del universo. Tan exóticos y poco concebibles que incluso Einstein, a pesar de ver cómo las ecuaciones que había creado predecían su existencia, no se creyó nunca que pudieran ser reales. El físico suizo murió sin tener la certeza de que estas bestias existían. Pero la teoría de la relatividad general, una verdadera sinfonía intelectual que se presentó en 1915 y que continúa dando frutos de inestimable valor científico, ha superado todas las pruebas a las que se ha sometido. La última se presentó este miércoles.

El agujero negro retratado es el centro de la galaxia M87, un cúmulo elíptico de estrellas situado a 55 millones de años luz de la Tierra y visible con un telescopio sencillo. Aunque se trata de un agujero negro supermasivo, es tan lejos que para verlo hace falta un instrumento capaz de detectar un reloj en la Luna a simple vista. Para ello, sería necesario un telescopio tan grande como todo el planeta. Como este telescopio no existirá probablemente nunca, astrofísicos de todo el mundo buscaron hace 20 años una manera alternativa de hacer la observación. Y la encontraron.

Un objeto concebido hace un siglo

La clave del éxito ha sido combinar las observaciones de ocho radiotelescopios distribuidos por todo el mundo como si fueran partes de un telescopio gigantesco. A partir de una técnica llamada interferometría y de un sistema de inteligencia artificial para interpolar las regiones sin telescopios reales, el telescopio virtual EHT ha conseguido finalmente obtener la imagen de un objeto concebido hace más de 100 años por una deslumbrante combinación de la mente humana y las matemáticas.

Sobre la imagen obtenida hay que decir que no reproduce lo que veríamos a simple vista, sobre todo porque las ondas electromagnéticas captadas por los telescopios se sitúan entre las microondas y las infrarrojas, que no son visibles para el ojo humano. Se trata de una composición sencilla: un disco luminoso, el gas que orbita el agujero, alrededor de una zona oscura, el agujero y su sombra.

La imagen se presentó simultáneamente en seis ruedas de prensa en todo el mundo, en algunas de las cuales se percibieron los nervios y la emoción que empapan los hitos científicos históricos, como el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012 o la detección de ondas gravitatorias en 2016. "Para mí, que he buscado agujeros negros toda la vida, hoy es un día muy emocionante", dijo el astrofísico catalán Xavier Barcons, director general del European Southern Observatory (ESO), el consorcio europeo que lidera la astronomía mundial y que ha participado en el descubrimiento gracias a los telescopios ALMA y APEX, situados en el desierto chileno de Atacama. En un día de grandes declaraciones, el comisario europeo de Investigación, Ciencia e Innovación, el portugués Carlos Moedas, que presentó el hallazgo desde Bruselas, espetó que "la colaboración entre científicos debería representar una lección para los políticos", en referencia a que para hacer posible estas observaciones ha sido necesaria la colaboración de más de 200 investigadores de más de 40 países.

Una de las incógnitas principales que se cernía sobre este descubrimiento es si la teoría de la relatividad general de Einstein seguiría siendo válida en un entorno como el de un agujero negro, donde el campo gravitatorio es tan intenso que astilla el tiempo y el espacio. Hasta ahora, la teoría no había fallado, pero también es cierto que no se había podido poner a prueba directamente en un entorno como este. Después de dos años de cálculos, los científicos han llegado a la conclusión de que lo que se observa en la imagen encaja a la perfección con las predicciones teóricas. Otro éxito en el largo palmarés de esta teoría.

Poniendo a prueba a Einstein

Lo primero que se comprobó es si la imagen era compatible con un agujero negro o si en el centro de la galaxia M87 podría haber otros objetos compactos que generaran una gravedad equivalente. "A partir de la imagen se ha podido determinar que el que hay en el centro de la galaxia M87 es, efectivamente, un agujero negro y no una estrella de bosones o una agrupación de varios cuerpos de alta densidad", confirma el astrofísico Marc Ribó, del Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICC-UB).

A continuación se comprobó el tamaño de la llamada sombra del agujero negro, una zona creada por la curvatura del espacio que genera la gravedad arrolladora del agujero y por la absorción de luz más allá del llamado horizonte de eventos, la distancia a partir de la cual ni la luz puede escapar del abismo. La forma de esta sombra en la imagen coincide con la predicha por la teoría. Después, una vez definida la sombra, los científicos pudieron medir el tamaño del agujero negro a partir de la imagen. El monstruo hace 40.000 millones de kilómetros de diámetro. "A partir del tamaño de un agujero negro se puede calcular la masa", explica Mar Mezcua, astrofísica del Instituto de Estudios Espaciales (ICE) del CSIC. Y eso es lo que hicieron los científicos, para llegar a la conclusión de que esta bestia equivale a 6.500 millones de soles. "La forma del anillo de luz que rodea el agujero -añade Mezcua- indica que hay rotación". Según indican los seis artículos científicos publicados en la revista The Astrophysical Journal Letters, la rotación del agujero negro se acerca a las más altas posibles permitidas por la teoría. Además, se observa que la parte inferior del gas es más brillante, lo que indica que se está acercando a la Tierra, mientras que la superior, más tenue, se aleja.

Supertelescopio

El próximo paso del EHT será continuar con el análisis de los datos recogidos del agujero negro que hay en el centro de nuestra galaxia, Sagitario A *, que se estima que tiene una masa de cuatro millones de soles y está a una distancia de 26.000 años luz de la Tierra. Ahora bien, "estos datos son más sucios, más difíciles de procesar", advierte Mezcua. Efectivamente, la luz que llega a la Tierra procedente del centro de la galaxia debe atravesar todo el polvo interestelar que hay en el plano de la galaxia, y esto hace que llegue más adulterada y que los datos requieran un tratamiento más complejo.

Más adelante, el objetivo del proyecto es ganar precisión con la incorporación de más telescopios para observar agujeros negros más lejanos y estudiar los próximos con más detalle. Ya se ha añadido uno en Groenlandia y este año se añadirá otro en Estados Unidos. Con esta ganancia de precisión se podrá volver a poner a prueba una teoría que incluso ha superado la mente que la concibió.

Cuatro preguntas claves para entender el descubrimiento

¿Qué aporta la imagen de nuevo en el plano teórico?

La obtención de esta imagen ha posibilitado medir directamente algunas de las propiedades de un agujero negro, lo que no se había hecho nunca antes. Esto ha permitido compararlas con las predicciones teóricas para comprobar que la teoría de la relatividad de Einstein predice correctamente los fenómenos observados. Así, se ha encontrado que el agujero negro tiene un diámetro de 40.000 millones de kilómetros y que gira tal como predicen los modelos teóricos.

¿Como se puede hacer una medición que requiere un telescopio del tamaño de la Tierra?

La clave para obtener la primera foto de un agujero negro ha sido la colaboración entre ocho telescopios repartidos por todo el mundo. Situados en Estados Unidos, México, Hawai, Chile, España y la Antártida, este conjunto de dispositivos ha utilizado la interferometría para actuar en sincronía como una sola máquina, lo que ha requerido 20 años de trabajo de más de 200 personas en más 40 países. La ciencia es una empresa colectiva.

¿Qué posibilidades abre este descubrimiento?

Haber observado un agujero negro por primera vez marca un camino hacia un nuevo campo de investigación. A medida que el Event Horizon Telescope integre más telescopios, aumentará la precisión y se podrán observar mejor los agujeros negros más cercanos, y ver los aún más lejanos. Esto permitirá acumular datos precisos sobre el comportamiento de estos objetos, a partir de las cuales se podrá profundizar en su naturaleza.

¿Qué pueden aportar las imágenes en el futuro?

Observaciones como la de la EHT permiten estudiar regiones del universo en el que se acumula una gran cantidad de materia en espacios muy reducidos. Allí, los fenómenos cuánticos microscópicos y los fenómenos gravitatorios que gobiernan el macrocosmos entran igualmente en juego. El estudio de estas regiones puede aportar indicios de cómo unificar las dos grandes teorías físicas actuales, la física cuántica y la relatividad general.