Año 20 Número 77 – Junio 2022

Por Eduardo Gutiérrez

Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo donde la atracción gravitacional es tan intensa que ni siquiera la luz pueda escapar. Estas regiones están encerradas por una superficie llamada horizonte de eventos, que «pone una barrera» entre lo que sucede dentro del agujero negro y el resto del Universo.

En los últimos años, se ha acumulado enorme evidencia de que en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, yace un enorme agujero negro en torno al cual orbitan estrellas, gas y polvo del núcleo galáctico. Este descubrimiento fue realizado a lo largo de los últimos años en forma paralela por los grupos liderados por Reinhard Genzel, en el Max Planck Institute for Extraterrestrial Astrophysics, y por Andrea Ghez, en la University of California. El mismo, le valió a estos dos investigadores el Premio Nobel de Física 2020 (junto a Roger Penrose, por sus descubrimientos teóricos en relación a los agujeros negros), y provee una evidencia indirecta de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia. ¿Podemos obtener evidencia (más) directa de la existencia de este agujero negro?

«Fotografiando» agujeros negros

El 10 de Abril de 2019, la colaboración Event Horizon Telescope (EHT) comunicó a la comunidad científica y al público general una noticia revolucionaria: la obtención de la primera «foto» de un agujero negro. Pero, ¿cómo es posible fotografiar algo de donde nada puede escapar? En efecto, tomar una imagen o una fotografía de un objeto implica, en principio, capturar luz emitida por este, y esto es, por definición, imposible para un agujero negro. Lo que se captura cuando se habla de la «imagen» de un agujero negro es la sombra que éste produce sobre un fondo luminoso. Esta sombra no es como cualquier otra, sino que presenta características únicas que sólo se dan si lo que la produce es un agujero negro tal y como lo describe la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein. Por otro lado, el fondo luminoso sobre el que se proyecta la sombra es producido por materia que está por fuera del agujero negro pero que está enormemente afectada por la presencia de este, por lo que también presenta características muy especiales.

Para muchos de los astrónomos que esperábamos aquel anuncio de la colaboración EHT, la sorpresa fue doble. El agujero negro que fotografiaron aquella vez, a diferencia de lo que muchos preveíamos, no fue Sgr A, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra Vía Láctea, quien era el principal objetivo del EHT. Por el contrario, la imagen mostrada se correspondía con la sombra del agujero negro supermasivo que se encuentra en el corazón de otra galaxia localizada a más de 50 millones de años luz de la nuestra: Messier 87 (o, abreviadamente, M87). Este agujero negro se conoce como M87.

Sgr A* es el agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra. Tiene una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro Sol, y está a «sólo» 25000 años luz, en el centro de la Vía Láctea. El tamaño de un agujero negro es directamente proporcional a su masa. Sgr A* tiene un diámetro de aproximadamente 12 millones de km, aunque debido a las deflexiones que sufre la luz al pasar cerca del mismo, su sombra tendría un tamaño aproximadamente 2.6 mayor, de 30 milones de km, lo que equivale a 1/3 del tamaño de la órbita de Mercurio. Su gran tamaño, combinado con su cercanía, hacen que Sgr A* sea el agujero negro que debería verse más grande en el cielo, y por ende, a priori, el principal candidato para poder resolver su sombra.

M87* está 2000 veces más lejos de nosotros, pero su masa, y por ende su tamaño, es 1500 veces mayor que la de Sgr A. Esto implica que la sombra que proyecta M87 en el cielo sea sólo apenas más pequeña que la de Sgr A. Por otro lado, M87 tiene tres ventajas importantes que lo hacen un mejor candidato para ser observado:

  1. M87* es intrínsecamente más luminoso que Sgr A. M87 es un agujero negro activo, en el sentido de que se encuentra acretando considerables cantidades de gas y polvo de su alrededor (como se puede evidenciar por los dos potentes jets que lanza). Por el contrario, Sgr A* está casi inactivo y apenas se alimenta de materia. Por ende, su luminosidad es extremadamente baja y sólo podemos verlo debido a su cercanía.
  2. La emisión de las fuentes astrofísicas puede ser muy variable en el tiempo. Para obtener una imagen nítida de una fuente, es necesario que esta no varíe demasiado rápido, o aparecerá borrosa. En fuentes tan compactas como los agujeros negros, la variación de la emisión puede, en efecto, ser muy rápida. Qué tan rápida dependerá del tamaño del agujero; naturalmente, a menor tamaño, más rápida será la variación. El enorme tamaño de M87* implica que su emisión varía en escalas de tiempo de horas o días, mientras que la de Sgr A* lo hace en escalas de minutos o segundos.
  3. Sgr A* se encuentra en una dirección poco amigable para la observación. Al estar en el centro de nuestra galaxia, su luz tiene que pasar por todo el gas y polvo del plano de galáctico para llegar a nosotros (nuestro Sistema Solar está ubicado también sobre el plano de la galaxia), lo que contamina y difumina la imagen.

A pesar de estas dificultades, y luego de años de arduo trabajo, el pasado 12 de Mayo, el EHT anunció la obtención de una segunda imagen de un agujero negro. Y sí, en este caso se trató de Sgr A*.

¿Qué nos muestra esta imagen?

Créditos ESO: https://www.eso.org/public/blog/spot-the-difference-sagittarius-a-m87/

Arriba en la imagen, podemos ver las dos «fotos» de agujeros negros tomadas a la fecha: la de M87, a la izquierda, y la de Sgr A, a la derecha. Ambas imágenes lucen similares: se observa la sombra del agujero negro en el centro, con un tamaño que coincide con lo predicho por la Relatividad General, rodeada de un anillo luminoso. Esta luz proviene de la materia que está a punto de caer al agujero negro.

En tamaño las dos imágenes lucen similares, pues, como vimos, la relación diámetro/distancia es casi igual para ambos agujeros negros. Sin embargo, los anillos son algo diferentes. La parte inferior del anillo en M87* es más luminosa que su parte superior, y esto se debe a efectos relativistas asociados a la rápida rotación del gas en torno al agujero negro. Por el contrario, el anillo de luz que bordea a la sombra de Sgr A* luce un poco más extraño, ya que se observan tres puntos brillantes en el mismo. En este caso, los investigadores del EHT no atribuyen un carácter físico a estas regiones brillantes, sino que consideran que pueden ser un efecto aparente del complejo proceso de producción de la imagen, con las grandes incertezas que el mismo acarrea.

Quizás, lo que más sorprende de la imagen de Sgr A* es que el material que alimenta al agujero negro pareciera estar rotando en un plano aproximadamente perpendicular a la línea de la visual. En principio, uno esperaría que este material se mueva en el mismo plano que lo hace la galaxia, es decir, más o menos paralelo a la línea de la visual (nuevamente, recordemos que nosotros estamos localizados en el plano). Esto no es para alarmarse, ya que hay muchas explicaciones posibles del por qué de este efecto, y los autores las discuten en el trabajo.
Esperemos que los próximos meses nos traigan nuevos resultados para poder entender mejor qué sucede en la cercanía de los agujeros negros.

Serie de publicaciones científicas sobre este descubrimiento

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