Imágenes del agujero negro M87*: ‘Queremos poner a prueba la relatividad de Einstein'

En 2019, la humanidad conoció por primera vez la imagen de un agujero negro, objetos cósmicos que habían sido predichos por la teoría de la relatividad de Einstein, que los expertos estudiaban en el universo por sus efectos sobre otros cuerpos, pero sobre las que no se tenía, hasta ese momento, una imagen para corroborar su existencia y sus características.

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Para conseguir esa imagen histórica –que retrataba al agujero negro que hay en el centro de la galaxia Messier 87 (M87*), a 55 millones de años luz de la Tierra– fue necesario unir la potencia de ocho telescopios para convertir a nuestro planeta en el observatorio más potente que jamás ha existido, en lo que se conoce como el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, Event Horizon Telescope), una impresionante colaboración internacional que ha ofrecido a los científicos una nueva forma de estudiar los objetos más extremos del universo.

La semana pasada conocimos una nueva imagen de M87. Resultado de un proceso de investigación que aplica lo que los científicos involucrados en el EHT alrededor del mundo han aprendido en los últimos años, en los que han tenido logros como la publicación de la primera imagen del agujero negro del centro de la Vía Láctea, Sagitario A*. Sobre estos nuevos resultados, que siguen dándole la razón a Albert Einstein, EL TIEMPO habló con José Luis Gómez, científico español que es el vicepresidente del consejo científico del Telescopio del Horizonte de Sucesos.

Desde el Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada (España), Goméz nos explica qué hay detrás de los cambios que se han identificado entre las imágenes de M87* producto de los datos de 2017 y la nueva captura con datos de 2018, donde se observan algunas variaciones en la región más brillante del anillo.

En esta nueva imagen lo que estamos viendo también es que la posición en el anillo en que más brilla ha cambiado con el tiempo. Este pequeño cambio en donde se localiza la parte más brillante de la imagen se debe a cambios en el material que está rodeando al agujero negro. Y lo más importante de la nueva imagen es que observamos un anillo que tiene exactamente el mismo diámetro que tenía antes, que es lo que esperamos de un agujero negro que no cambia durante un año en el que hacemos las observaciones. En cambio, el material que está rodeando el agujero negro sí que es un material que va cambiando debido a los procesos un poco más aleatorios y turbulentos del material que está cayendo en torno al agujero negro.

En ciencia siempre es importante confirmar los resultados con nuevas observaciones y en este caso hemos realizado observaciones un año después, hemos mejorado también el telescopio con el que hemos hecho estas observaciones y con datos completamente independientes hemos vuelto a confirmar que la imagen que estamos viendo es la de un agujero negro y que el tamaño del agujero negro concuerda con el esperado según las predicciones de la relatividad general.

Hemos avanzado también en los algoritmos. Estamos utilizando nuevas técnicas de observación, estamos utilizando nuevos métodos bayesianos, que nos permiten caracterizar también en nuestro nivel de confianza en las imágenes que estamos realizando. Esto se consigue a través de hacer muchísimas imágenes, hemos hecho alrededor de un millón de imágenes de los agujeros negros (M87* y Sgr A*) y además, todo el bagaje que hemos aprendido de las primeras observaciones nos ha permitido hacer imágenes en las que estamos incluso más seguros de lo que estábamos inicialmente.

Es muy importante la inclusión de este nuevo telescopio porque se encuentra en una posición excepcionalmente buena para mejorar la calidad de nuestras imágenes. Es un telescopio que está en Groenlandia que nos permite tener una mejor resolución, ver los detalles más finos en las imágenes en las direcciones norte-sur. Esto se debe a que se encuentra muy cerca del Polo Norte y nos permite ver el agujero negro de Sagitario desde una nueva perspectiva, nos permite obtener un tipo de datos que no habíamos tenido hasta ahora que nos permite tener una imagen mucho más fidedigna del agujero negro.

Claro, en los próximos años veremos más imágenes y espero que también películas de Sagitario A*. El Event Horizon Telescope observa cada año, tenemos una campaña de observación que dura aproximadamente dos semanas, que solo ocurrirá en torno a finales de marzo o principios de abril y hemos venido observando el agujero negro de Sagitario A* y M87* desde 2017, con un telescopio cada vez mejor, con más antenas, con un mayor ancho de banda que nos permite ver detalles más tenues en las imágenes y más recientemente estamos añadiendo nuevas frecuencias de observación. Eso nos va a permitir hacer imágenes incluso más detalladas, con una mejor resolución de las que hemos tenido hasta ahora.

Estamos buscando más. Tenemos una campaña que para buscar otros agujeros negros como M87* y Sagitario A*, de tal manera que podamos entender mejor cuáles son las propiedades de estos agujeros negros y cómo cambian, cómo crecen. El problema es que es difícil encontrar otros agujeros negros que sean tan brillantes como estos y que no se encuentren tan lejos. Entonces, el tamaño del agujero negro que nosotros vemos desde la Tierra depende de la masa del agujero negro y de la distancia a la que se encuentra. Sagitario A*, que es el que está en el centro de nuestra galaxia (la Vía Láctea), es un agujero negro relativamente pequeño, de solo unas 4 millones de masas solares, pero se encuentra cerca. En el caso de M87 es un agujero negro unas 1.500 veces más grande, pero se encuentra unas 1.600 veces más lejos en la galaxia conocida como M87*. Eso hace que el tamaño que vemos aparente en el cielo sea parecido al de Sgr A*, solamente un poquito más pequeña. Otros agujeros negros son o bien menos masivos o se encuentran más lejos, con lo cual el tamaño en el cielo es tan pequeño que incluso con este telescopio, que es el telescopio más potente de todo el mundo, es imposible verlos.

Lo que hemos comprobado es que con estas nuevas observaciones, efectivamente los parámetros de los agujeros negros, principalmente su tamaño, concuerdan con la teoría de la relatividad general. El tamaño del agujero negro viene determinado casi exclusivamente por la masa. Cambia un poco si está rotando, no, pero fundamentalmente viene determinado por la masa. Cuanto más materia engulla, el agujero negro se hace más masivo, crece y se hace más grande. En el caso de M87, las observaciones se han realizado con una separación temporal de tan solo un año, y durante ese tiempo el agujero negro no ha crecido y, por tanto, lo estamos viendo con un tamaño igual al que habíamos observado antes, confirmando que efectivamente corresponde a un agujero negro y que concuerda con la relatividad de Einstein.

Cuando tengamos observaciones que sean incluso más precisas, que veamos que la forma del agujero negro es distinta, por ejemplo, que no sea circular. El agujero negro que predice la relatividad general es un agujero negro circular, que su forma cambia ligeramente cuando rotan. Entonces cuando rotan muy rápido, ya dejan de ser esféricos. Cuando podamos medir con precisión cómo de esférico es el agujero negro podemos ver si efectivamente concuerda con la teoría de la relatividad. Puede ocurrir que, efectivamente, que la forma sea distinta a la que predice la relatividad, puede que el brillo central también sea distinto. La relatividad predice que si es una singularidad desnuda, tienes un horizonte de sucesos, el centro debe ser completamente opaco, no debe aparecer ninguna emisión. Pero hay otras teorías de objetos muy compactos, como, estrellas de bosones, que predicen que tienen una superficie y puede ser reflectante. Si en el futuro vemos que la el centro negro no es completamente negro, sino que brilla un poquito, pues eso lo descartaría o tendríamos que buscar una nueva teoría.

Pues nos gustaría poner a prueba la relatividad con medidas cada vez más precisas. Lo ideal sería que en algún momento dado viésemos que efectivamente las propiedades del agujero negro no concuerdan exactamente con la relatividad, sino que hay una pequeña diferencia en quizás en la forma o quizás en el tamaño, o en la emisión del agujero negro. Eso nos haría tener que revisar toda la teoría de la relatividad general. Y eso sería realmente lo más interesante, tener una nueva teoría que desarrollador a partir de las observaciones nuevas.

Queremos incluir más telescopios. Estamos buscando financiación, acabamos de enviar proyectos a la National Science Foundation, en Estados Unidos, y en Europa también, para intentar colocar nuevas antenas. En particular, queremos instalar nuevas antenas en las Islas Canarias (España), en Chile, en México, en Estados Unidos. Mejorar las antenas que tenemos y hacer observaciones a frecuencias más altas. Con todo esto, pues en el futuro podremos tener imágenes mucho más nítidas de los agujeros negros, podremos también hacer películas. No solo eso, si no entender cómo los agujeros negros engullen el material que tienen a su alrededor, determinar cuál es la rotación del agujero negro. Si sabemos cómo rota, podemos hacer pruebas mucho más precisas de la teoría de la relatividad. Eso es lo que esperamos en los próximos años.

Espero que pronto. Las estamos desarrollando dentro de mi grupo de investigación, estamos trabajando en estas películas y va a depender de la calidad de los datos que hemos tenido hasta ahora. Si es suficiente, pues podremos tener unas películas, si no, pues habrá que esperar a tener nuevos datos. Pero esperamos que quizás con suerte en un año o menos las tengamos.

ALEJANDRA LÓPEZ PLAZAS

REDACCIÓN CIENCIA

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