Viaje al centro del agujero negro de la Vía Láctea: los secretos de una imagen que ya hizo historia

El jueves pasado se dio a conocer una imagen que marcó la historia de la astronomía: la primera fotografía del agujero negro supermasivo ubicado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, conocido como Sagittarius A*. Según explicaron los científicos del Observatorio Europeo Astral (European Southern Observatory o ESO, según sus siglas en inglés), este logro es una prueba que los mismos principios de física operan en el corazón de dos sistemas de tamaño muy diferentes, ya que existe un objeto similar en la lejana galaxia M87, el cual fue retratado en 2019.

Los astrónomos creen que casi todas las galaxias, incluyendo la nuestra, tienen agujeros negros gigantescos en su centro, de donde no pueden escapar la materia ni la luz, por lo cual es sumamente difícil captar imágenes de ellos. Según explicaron los expertos, la gravedad curva y retuerce caóticamente la luz cuando ésta se sumerge en ese abismo de gas y polvo supercalentados que forma el agujero negro.

Los agujeros negros, en tanto, son denominados estelares cuando tienen la masa equivalente al triple del Sol, y son catalogados supermasivos cuando su masa equivale a miles, o incluso miles de millones de soles. En este caso, Sagittarius A* (Sgr A*), bautizado de esta forma tras ser detectado en la dirección de la constelación de Sagitario, cuenta con una masa de unos cuatro millones de soles y se halla a unos 27.000 años luz (9.5 trillones de km) de la Tierra.

Los agujeros negros son cuerpos del espacio de masa grande y poco volumen que absorben cualquier materia o energía situada en su campo de acción, incluida la luz, que no se puede escapar de su fuerza de atracción. Con este accionar, estos objetos estelares no pueden ser observados y examinado directamente, aunque sí puede detectarse la materia que circula a su alrededor antes de ser engullida.

“Esta imagen muestra un anillo brillante que rodea la oscuridad, el signo revelador de la sombra del agujero negro”, aseguró Feryal Özel, el astrónomo de la Universidad de Arizona responsable de dar a conocer esta imagen histórica. “La luz que escapa del gas caliente que gira alrededor del agujero negro se nos aparece como un anillo brillante. La luz que está demasiado cerca del agujero negro, lo suficientemente cerca como para ser tragada por él, eventualmente cruza su horizonte y deja atrás solo un vacío oscuro en el centro”, agregó.

Desde 1974 se sospechaba de su existencia cuando se detectó una fuente de radio inhabitual en el centro de la galaxia. En la década del ‘90, varios astrofísicos confirmaron la presencia de un objeto compacto supermasivo en ese lugar, lo que les supuso un Premio Nobel de Física en 2020. La imagen que ha sido revelada este jueves representa la primera prueba visual de ese objeto.

Esta fotografía histórica se obtuvo gracias a un proyecto conocido como EHT (Event Horizon Telescope), el cual está conformado por una red internacional de ocho observatorios radioastrónomicos, entre ellos uno situado en Sierra Nevada (España) y otro en el desierto de Atacama (Chile). “Tenemos dos tipos de galaxias completamente diferentes y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero al examinar sus bordes, esos agujeros se parecen enormemente”, explicó Sera Markoff, copresidenta del consejo científico del EHT, al recordar el objeto identificado en la galaxia M87.

En palabras de los científicos, esta imagen se obtuvo luego de una observación que inició en 2017. Sin embargo, fue tras cinco años de cálculos y de simulaciones llevados a cabo por más de 300 investigadores de 80 institutos que se logró esta primera imagen, ya que el agujero negro del centro de la Vía Láctea es pequeño en relación a otros objetos de similar envergadura y porque, además, hay nubes de polvo y gases que se extienden sobre miles de años luz, las cuales lo ocultan.

Las dos imágenes que ahora poseen los científicos, y su comparación, permitirán el estudio detallado del comportamiento de la materia en condiciones extremas, con plasma a “miles de millones de grados, poderosas corrientes magnéticas y materia que circula a una velocidad cercana a la luz” explicó a AFP el profesor Heino Falcke, ex responsable del consejo científico del EHT que produjo la imagen del M87.

El proyecto de colaboración internacional EHT (Event Horizon Telescope) es un sistema que creó un telescopio virtual del tamaño de la Tierra y que permitió detectar en 2019 el primer agujero negro supermasivo, en la galaxia M87, y que ahora identificó a Sagittarius A*. Se trata de una colaboración internacional, lanzada en 2015, que aunó a 80 institutos de astronomía.

Se trató de unos 300 investigadores que se había fijado un objetivo desafiante: observar un agujero negro. Una acción que es, por definición, imposible; ya que ninguna luz puede escapar de él. El EHT sorteó el obstáculo al detectar la nube de plasma muy caliente que gira alrededor del agujero negro antes de superar el Horizonte de Eventos, el sitio a partir del cual nada puede volver a salir, ni siquiera la luz, a causa de la fuerte gravedad.

Para lograr estas hazañas, los astrónomos tuvieron que superar varios obstáculos. La nube de materia que rodea los agujeros negros solo es visible en un rango específico de ondas de radio milimétricas, y para ser captadas hace falta un radiotelescopio, una antena con forma de platillo similar a la que se utiliza para la televisión por satélite solo que mucho más grande, ya que la agudeza del instrumento depende estrechamente del tamaño, debido a las gigantescas instancias y otros obstáculos.

Con el objetivo de confirmar su teoría, los científicos recurrieron al principio de la interferometría, en el que una red de antenas ubicadas en diferentes partes del planeta observan un mismo sector del firmamento en el mismo instante. Supercomputadoras combinan los datos obtenidos por los diferentes radiotelescopios lo que permite obtener una imagen como si fuese lograda por una única antena del tamaño de La Tierra.

El experimento EHT llevó el ejercicio aún más lejos utilizando la interferometría pero con una base aún más grande (VLBI), es decir formando una red de ocho observatorios radioastronómicos que se extienden desde Hawái, en el Pacífico, hasta España pasando por Estados Unidos; y desde Groenlandia hasta el Polo Sur, pasando por México y Chile.

“Los datos combinados y sincronizados de los 8 observatorios permitieron construir la imagen que hoy observamos y da la vuelta al mundo. La teoría general de la relatividad de Einstein hasta ahora no ha podido explicar lo que sucede en un agujero negro en la escala más infinitamente pequeña. El agujero negro es ‘el entorno más extremo, caótico y turbulento’ que existe”, dijo el astrofísico alemán Heino Falcke.

“Nos sorprendió lo bien que el tamaño del anillo concordaba con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein”, explicó en un comunicado de prensa Geoffrey Bower, científico del EHT. “Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el mismo centro de nuestra galaxia y así ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno”, agregó.

Los agujeros negros fueron una consecuencia no deseada de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, que atribuye la gravedad a la deformación del espacio y el tiempo por la materia y la energía, como un colchón se hunde debajo de una cama. Su perspicacia condujo a una nueva concepción del cosmos, en la que el espacio-tiempo podía estremecerse, doblarse, desgarrarse, expandirse, arremolinarse e incluso desaparecer.

Además de Einstein, otro de los científicos que marcó el rumbo de la investigación sobre estos objetos astronómicos fue Karl Schwarzschild, el primero en identificar la solución de las ecuaciones de Einstein. En tanto, John Wheeler fue el responsable de darlos a conocer y popularizarlos; además de brindarles el nombre por el cual son conocidos en la actualidad. Por último, Stephen Hawking fue el experto que brindó detalles sobre sus propiedades y conjugó a los agujeros negros con la física cuántica.

El universo está salpicado de agujeros negros y muchos de ellos son restos de estrellas muertas que colapsaron sobre sí mismas y siguieron adelante. Según los expertos, habría un agujero negro en el centro de casi todas las galaxias, incluida la nuestra, que puede ser millones o miles de millones de veces más masivo que nuestro sol. Los astrónomos todavía no entienden cómo estos agujeros negros supermasivos han crecido tanto.

Hay diferentes categorías de agujeros negros. Los más pequeños son los llamados agujeros negros de masa estelar formados por el colapso de estrellas individuales masivas al final de sus ciclos de vida. También hay agujeros negros de masa intermedia, un paso adelante en masa.

Y finalmente están los agujeros negros super masivos que habitan el centro de la mayoría de las galaxias. Se cree que surgen relativamente pronto después de que se forman sus galaxias, devorando enormes cantidades de material para alcanzar un tamaño colosal.

A pesar de su capacidad para tragarse la luz, los agujeros negros son los objetos más luminosos del universo. Los materiales (gas, polvo, estrellas trituradas) que caen en un agujero negro se calientan a millones de grados en una densa vorágine de campos electromagnéticos. La mayor parte de esa materia cae en el agujero negro, pero parte es expulsada por enormes presiones y campos magnéticos.

Tales fuegos artificiales, que pueden eclipsar a las galaxias por mil, se pueden ver en todo el universo; cuando se observaron por primera vez a principios de la década de 1960, se les llamó cuásares. Su descubrimiento llevó a físicos y astrónomos a tomarse en serio la idea de que existían agujeros negros.

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