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Ver lo que parecía invisible

Los científicos del Telescopio del Horizonde de Sucesos han publicado la primera imagen del agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia M87, a 53,3 millones de años luz. La investigación confirma la validez de la teoría de la relatividad en las condiciones de gravedad extrema de los agujeros negros supermasivos. Un pequeño homenaje a Einstein y Hawking.

Desvelan la primera imagen de un agujero negro. (EHT)
Desvelan la primera imagen de un agujero negro. (EHT)

«Hemos visto lo que pensábamos que era invisible. Hemos tomado una foto de un agujero negro». De esta manera ha presentado la imagen Sheperd Doeleman, director del proyecto Telescopio del Horizonde de Sucesos (EHT).

Esta colaboración científica lleva dos años analizando datos obtenidos por un gran telescopio virtual de tamaño terrestre formado por ocho observatorios en cuatro continentes. La histórica fotografía corresponde a un agujero negro supermasivo –6.500 millones de veces más masivo que el sol– ubicado en el centro de la galaxia M87, a 53,3 millones de años luz de la Tierra.

Historia de los agujeros negros

El origen de los estudios que condujeron a la investigación de los agujeros negros se remontan a 1928, cuando el estudiante indio Subrahmanyan Chandrasekhar se embarcó en la búsqueda de lo grande que podría llegar a ser una estrella que fuera capaz de soportar su propia gravedad, una vez que esta hubiese gastado todo su combustible.

Chandrasekhar descubrió que, cuando una estrella se reduce en tamaño, las partículas materiales están muy cerca unas de otras, y, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, tienen que tener velocidades diferentes. Por tanto, estas partículas se alejarían unas de otras y la estrella se expandiría.

No obstante, el físico se dio cuenta junto a Lev Landau de que cuando la estrella fuera suficientemente densa, «la repulsión debida al principio de exclusión sería menor que la atracción a la gravedad». Así, calcularon que un cuerpo frío de masa superior a 1,5 veces la del sol no podría soportar su propia gravedad.

Pero el problema de qué le sucedería a tal estrella según la relatividad general fue resuelto por Robert Oppenheimer en 1939. En el libro 'Historia del tiempo. Del Big Bang a los agujeros negros', Stephen W. Hawking explicaba así el descubrimiento de Oppenheimer: «Cuando una estrella se contrae, el campo gravitatorio en su superficie es más intenso y los conos de luz se inclinan más hacia dentro. Cuando se haya reducido hasta un cierto radio crítico, el campo gravitatorio en la superficie llega a ser tan intenso, que los conos de luz se inclinan tanto hacia dentor que la luz no puede escapar».

Es decir, Oppenheimer demostró que una estrella de semejante masa colapsaría hasta reducirse a una singularidad; punto donde la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita y donde las leyes de la física dejan de ser válidas. De acuerdo con la teoría de la relatividad, nada puede viajar más rápido que la luz. Y si esta «no puede escapar», tampoco lo podrá hacer ningún objeto.

Por tanto, Hawking explicó que entonces se crea «un conjunto de sucesos, una región del espacio-tiempo, desde donde no se puede escapar y alcanzar a un observador lejano». Esta región es lo que llamamos agujero negro y su frontera, en cambio, horizonte de sucesos.

En resumen, los agujeros negros surgirían cuando una estrella muy masiva agotase su combustible nuclear y comenzase a contraerse por la fuerza gravitacional. Así, llegaría el momento en el que se crearía una región, un horizonte de sucesos, que únicamente dejaría entrar materia y radiación, sin permitir que nada saliese, ni siquiera luz.

Lo descubierto hoy

En 1947, Hawiking afirmó que los efectos de la física cuántica hacen que los agujeros negros no sean en realidad «tan negros» como parecían ser, ya que la radiación podía escapar de estos. Sin embargo, los agujeros negros son los objetos más extremos del universo, y más allá del horizonte de sucesos ni la luz puede escapar. Por tanto, tampoco emite luz.

Esto quiere decir que lo que se observa en la imagen proyectada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos es la sombra del agujero negro, que se produce cuando la luz desaparece tras el horizonte de sucesos.

En otras palabras, en la imagen puede observase un el disco oscuro del agujero negro rodeado por un anillo de luz que es más brillante en la parte inferior que en la superior. Ese anillo está formado por materia que gira alrededor del agujero negro. La parte más clara corresponde a materia que está girando en dirección hacia la Tierra, mientras que la parte más oscura corresponde a materia que se está alejando.

En este sentido, lo que los científicos han descubierto hoy es la propia existencia de los agujeros negros, hasta ahora imaginados por Einstein y teorizados por Hawking, y la validez de la teoría de la relatividad en las condiciones de los agujeros negros supermasivos.

Esto es importante ya que, como ha detallado Luciano Rezolla, profesor de Astrofísica de la Universidad de Goethe de Frankfurt y parte del equipo científico responsable del hallazgo, «hemos transformado un concepto matématico en un objeto físico que se puede observar».

Y es que hasta ahora la existencia de estos agujeros esféricos se explicaba con fórmulas en una pizarra. En todo caso, se podía intuir su existencia. El propio Hawking dijo en 1988 que los agujeros negros «son un caso, entre unos pocos en la historia de la ciencia, en el que la teoría se desarrolla en gran detalle como un modelo matemático, antes de que haya ninguna evidencia a través de las observaciones de que aquella es correcta». Hoy, un año después de la muerte del físico, se han descubierto esas evidencias.

El consorcio EHT ha observado que el agujero negro tiene un tamaño más grande en el cielo que cuando se observa desde la Tierra. Los investigadores observaron el agujero durante diez noches en abril de 2017 con una red de ocho radiotelescopios situados en EEUU, México, Chile, Estado español y la Antártida . En la práctica, actuaron como un radiotelescopio con un diámetro equivalente al de la Tierra.

Pero «la imagen es el primer fotograma de una gran película que esta por rodar». Son palabras de Iván Martí-Vidal, astrónomo que ha participado en el proyecto. En los próximos meses, sacarán a la luz más fotografías del agujero negro supermasivo desde un objetivo más cercano, además de los seis estudios realizados.

Y no solo de este. El siguiente objetivo es Sagitario A, un agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, nuestra galaxia. Se calcula además que tiene una masa 4,3 millones de veces mayor que la del sol comprimida en un diámetro de 30 soles, y que se encuentra a una distancia de 26.000 años luz. Por tanto, la comunidad científica tienen material al que agarrarse en cuanto al estudio de la gravedad y de los propios agujeros negros.