La Primera Imagen de un Agujero Negro ¡Por Fin Está Aquí!

Por Inés Urdaneta / Física e investigadora de Resonance Science Foundation

Desde hace algún tiempo seguimos la iniciativa del Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT) cuyo objetivo es obtener la primera imagen del EH del Agujero Negro Sagitario A (Sag. A*), situado en el centro de nuestra propia galaxia, la vía láctea. Dado que el núcleo de Sag. A* es mucho menos activo que el de Messier 87 (M87*), la imagen de la que se informa en primer lugar es la de M87*. Aunque M87* está 2000 veces más lejos, es casi 2000 veces más masivo, hecho que compensa la distancia, con una mayor actividad de los núcleos que permite una mejor resolución y un análisis de datos más rápido que Sag. A*. 

Así que finalmente, ¡ha llegado el día! El momento no puede ser más emocionante. Los primeros resultados del EHT para la sombra del agujero negro que se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra, con una masa 6.500 millones de veces la de nuestro Sol y situado en el centro de M87* han sido anunciados en todo el mundo hoy, 10 de abril de 2019, al mismo tiempo por diferentes conferencias de prensa alrededor del globo. 

Atendí con expectativa el grandioso momento en el que un grupo de cinco científicos mejicanos anunció los resultados en la Ciudad de México, durante la conferencia de prensa del Conacyt (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas). En dicho anuncio los panelistas explicaron la relevancia del evento y las imágenes compartidas al público, dando más detalles sobre la colaboración internacional, la medición, los cálculos y, finalmente, la implicación de México a través de los científicos, el equipo y la tecnología desarrollada en el proceso.

^{Foto: Científicos en la conferencia de prensa de los resultados del EHT, realizada por el Conacyt, el 10 de abril de 2019. Los investigadores (de izquierda a derecha en la foto de abajo) fueron el Dr. Leopolodo Altamirano (Director del INAOE), el Dr. Laurent Loinard (Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM), la Dra. María Elena Alarez-Buylla (Directora del Conacyt), el Dr. David Hughes (Director y principal investigador del Gran Telescopio Milimétrico GTM) y el Dr. William Lee.}

El resultado principal, mostrado en la Figura 1, es impresionante. La primera imagen de la sombra de un agujero negro, ¡por fin está aquí!

^{Figura 1: Primera imagen de la sombra del agujero negro situado en el centro de la galaxia M87*} 

^{Fig. 2: M87 es una galaxia masiva (izquierda) situada en el cúmulo de galaxias de Virgo (derecha).}

M87* es una galaxia masiva (izquierda Figura 2) situada en el cúmulo de galaxias de Virgo (derecha Figura 2). Para entender el significado de la imagen presentada en la Figura 1, la Figura 3 puede ayudarnos. Los datos de la Figura 1 recogen muchos de los fenómenos que se muestran en la Figura 3, pero debido a la resolución de los equipos y las mediciones, no aparecen con la misma exactitud.

^{Figura 3: Descripción del modelo de un agujero negro.}

Debido a la curvatura gravitacional y a la luz capturada por el horizonte de sucesos del agujero negro predicha por la teoría general de la relatividad de Einstein, se esperaba que el agujero negro creara una región oscura similar a una sombra. Esto fue confirmado por los resultados del EHT; la sombra es la región oscura en el centro del anillo en la Figura 1. La imagen ofrece una prueba directa del horizonte de sucesos del agujero negro, que puede medirse para confirmar su masa.

Un esfuerzo internacional colectivo

Esta iniciativa sin precedentes ha puesto en red ocho Telescopios (ver Figura 4) colocados en diferentes lugares y sincronizados por interferometría de larga distancia con precisión atómica utilizando masares de hidrógeno, que recogieron datos durante la rotación de la Tierra como si fuera un solo telescopio capaz de medir longitudes de onda de 1,3 milímetros (radiación térmica) que emanan del centro de M87*, con la máxima precisión temporal y con 20 microsegundos de arco de resolución, durante cuatro días. Fueron los días 5 y 6 de abril y del 10 al 11 de abril de 2017. Cada telescopio recogió cerca de 350 terabytes por día, que se guardaron en discos duros de helio de alto rendimiento. Los datos se transportaron en avión a los superordenadores del instituto Max Planck y del observatorio del MIT, donde se combinaron para convertirlos cuidadosamente en una sola imagen, utilizando un software desarrollado para tal fin. Los datos tardaron más de dos años en ser analizados por completo para construir la primera imagen de la que se informa, y en el equipo de investigación participaron al menos 200 personas.  

^{Figura 4: Colaboración en red y telescopios para EHT.} 

Todos los telescopios fueron elegidos para trabajar en la región milimétrica, principalmente por tres razones:

1) la mayor producción de energía del agujero negro ocurre en ese ancho de banda,

2) el polvo cósmico al ser más pequeño que el milimétrico, no interferiría con las mediciones; podemos alcanzar distancias muy largas con una clara transparencia, y

3) el ancho de banda óptico es demasiado afín al atmosférico, por lo que la señal tendría demasiadas interferencias al llegar a la Tierra.  

               México y el EHT

La placa más grande de la red EHT pertenece al Telescopio Alfonso Serrano (GMT en la Figura 5), situado a una altura de 4600 metros, en la región mexicana de Sierra Negra. El tamaño de la placa permitió una mejor resolución, potenciada por la falta de ruido lumínico a esa altura. Un clima más frío también es más adecuado para el tipo de experimento requerido.

^{Fig. 5: Telescope Alfonso Serrano}

Las tecnologías, los desarrollos informáticos y los algoritmos son productos secundarios dignos de mención. El Dr. Loinard señaló como ejemplo el proyecto de tesis de su alumna la Dra. Katie Bouman. Los algoritmos creados para el análisis de datos de EHT se utilizaron para un objetivo muy diferente: filmar patatas fritas colocadas sobre una mesa. Las ondas sonoras que las rodeaban desplazaban las patatas fritas con variaciones que podían ser medidas por las tecnologías/algoritmos con tal resolución que se podía recrear la conversación que se mantenía en las proximidades de las patatas fritas. Esta es una aplicación con la que soñarían los servicios secretos de todo el mundo. Otra gran aplicación de la investigación de la ETH consiste en la detección por cámara de señales de longitud de onda milimétrica; esto permitiría atravesar muchos materiales. Imagínese utilizar su teléfono para detectar una avería en su horno o impresora, sin tener que desmontarlo ... eso sí que es un invento al que aspiraríamos y que probablemente estará disponible muy pronto.

Curiosamente, hace 100 años se produjo la primera confirmación de la teoría de la relatividad de Einstein, al observar el eclipse total de sol en 1919 durante dos expediciones, una a Sobral, Brasil, y la segunda a la Isla Príncipe, costa africana. Hoy, 100 años después, la teoría se revalida gracias a estos resultados.

Como comentario final, ha sido notable poder presenciar esta conferencia en la Ciudad de México. Como lo han demostrado los sitios arqueológicos, los templos y los textos, México y las culturas mesoamericanas son muy activas en la astronomía desde la época prehispánica, y es inspirador reconocer la evolución que ha tenido esta ciencia en culturas tan milenarias. ¡Tal tema merecería otro artículo!

_{RSF en perspectiva}

La principal observación que se desprende de estos resultados es el hecho de que los agujeros negros están ahora confirmados.  ¡Existen!  Se pueden descartar los modelos que ignoran su existencia. Además, se consigue una validación más sólida de la teoría de la relatividad de Einstein. Pero necesitaríamos una mejor resolución para verificar el modelo predicho más allá de toda duda. Por ejemplo, para confirmar la forma circular exacta del anillo predicho por la teoría.    

La segunda observación, es que este hallazgo confirma igualmente la predicción de Nassim Haramein, de que en el centro de las galaxias debe haber un agujero negro, porque ellos son los precursores de las galaxias. Cabe mencionar que se han encontrado agujeros negros que anteceden a la galaxia que le hospeda, lo que sufiere que efectivamente, los agujeros negros llegaron primero. Sobre este tema, recomendamos leer nuestro artículo: La Astrofisica se Pone de Cabeza: Los Agujeros Negros Vienen Primero. 

*Todas las imágenes fueron proporcionadas en la conferencia de prensa del Conacyt.

Más información en

• A virtual telescope the size of the Earth (https://resonance.is/a-virtual-telescope-the-size-of-the-earth/)
• First virtual reality simulation of a supermassive black hole (https://resonance.is/first-virtual-reality-simulation-of-a-supermassive-black-hole/)