Así es un agujero negro

Imagen del agujero negro situado en el centro de la galaxia M87, rodeado por una emisión de gas caliente bajo la influencia de una fuerte gravedad bajo su horizonte de sucesos. Foto: EHT

Investigadores del Telescopio Horizonte de Sucesos presentan una imagen de un gigantesco agujero negro situado en el corazón de la distante galaxia Messier 87 que supone un cambio de paradigma en la observación de estos fenómenos.

El Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés), un telescopio de escala planetaria constituido por ocho radiotelescopios y forjado gracias a una colaboración internacional, ha tenido éxito en su objetivo de capturar las primeras imágenes de un agujero negro. En una serie de conferencias de prensa internacionales simultáneas celebradas hoy miércoles, 10 de abril, por todo el planeta, investigadores del EHT han mostrado la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y de su sombra.

Este hito aparece anunciado en una serie de seis artículos científicos publicados hoy en una edición especial de la revista Astrophysical Journal Letters. La imagen muestra el agujero negro en el centro de Messier 87 (M87), una galaxia masiva situada en el cercano cúmulo de galaxias Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol.

El EHT conecta las señales de los radiotelescopios, repartidos por todo el planeta, para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución sin precedentes. El EHT es el resultado de años de colaboración internacional y ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar los objetos más extremos del Universo predichos por la relatividad general de Einstein, un siglo después del histórico experimento que confirmó esta teoría por primera vez.

"Hemos tomado la primera imagen de un agujero negro", ha dicho el director del EHT, Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian (Estados Unidos). "Se trata de un hito histórico en astronomía obtenido por un equipo de más de 200 investigadores", ha añadido.

Los agujeros negros son objetos cósmicos extraordinarios, de una enorme masa, pero extremadamente compactos. La presencia de estos objetos afecta a su entorno de forma extrema, curvando el espaciotiempo y sobrecalentando cualquier material colindante.

"Cuando se encuentra inmerso en una región brillante, como un disco de gas incandescente, esperamos que un agujero negro genere una región oscura similar a la de una sombra, algo ya predicho por la relatividad general de Einstein que nunca habíamos visto hasta ahora", ha explicado el director del consejo científico del EHT, Heino Falcke, de la Universidad de Radboud (Países Bajos). "Esta sombra, causada por la curvatura gravitacional y la absorción de luz por el horizonte de sucesos, revela mucho sobre la naturaleza de esos fascinantes objetos y nos ha permitido medir la colosal masa del agujero negro de la galaxia M87", ha detallado.

Simulación de un agujero negro. Crédito: Jordy Davelaar et al./Radboud University/BlackHoleCam.

Múltiples observaciones independientes del EHT, analizadas cada una con distintos métodos de reconstrucción de imágenes, han revelado una estructura en forma de anillo con una región oscura central: la sombra del agujero negro.

"Una vez seguros de que habíamos captado la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con una amplia serie de simulaciones por ordenador que incluyen la física del espacio curvo, la materia sobrecalentada y los potentes campos magnéticos alrededor del agujero negro. Muchas de estas características de la imagen observada concuerdan sorprendentemente bien con nuestras predicciones teóricas", destaca Paul T.P. Ho, miembro del consejo de EHT y director del East Asian Observatory. "Esto reafirma nuestra interpretación teórica de las observaciones, incluida la estimación de la masa del agujero negro".

La creación del EHT ha supuesto un reto formidable, que requirió modernizar y conectar una red mundial de ocho telescopios ya existentes situados en zonas remotas a una gran altitud. Estas localizaciones incluyen volcanes en Hawái (Estados Unidos) y México, montañas en Arizona (Estados Unidos) y Sierra Nevada (Granada, España), el desierto chileno de Atacama y la Antártida.

Las observaciones del EHT emplean una técnica denominada interferometría de muy larga base (VLBI por sus siglas en inglés), la cual sincroniza telescopios por todo el mundo y aprovecha la rotación de la Tierra para formar un gigantesco telescopio virtual del tamaño de nuestro planeta. Observando a una longitud de onda de 1,3 milímetros y gracias a la técnica VLBI, el EHT alcanza una resolución angular de sólo 20 microsegundos de arco, suficiente para poder leer un periódico en Nueva York desde una cafetería en París.

Esta imagen muestra las localizaciones de los telescopios que forman parte del EHT, así como las distancias entre ellos. Crédito: ESO/ L. Calçada.

Los telescopios que se han empleado para la obtención de estos resultados son: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), ambos en Chile; el telescopio del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) 30 metros en Sierra Nevada (Granada, España); el James Clerk Maxwell Telescope, en Hawái (Estados Unidos); el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (México), el Submillimeter Array (Hawái), el Submillimeter Telescope, en Arizona (Estados Unidos), y el South Pole Telescope, en la Antártida.

La puesta en marcha del EHT y las observaciones que se han anunciado hoy suponen la culminación de décadas de trabajo observacional, técnico y teórico. Este ejemplo de trabajo en equipo global ha requerido la estrecha colaboración de investigadores de todo el mundo. 13 instituciones asociadas han trabajado para crear el EHT, empleando infraestructuras ya existentes y financiación extra obtenida de una gran variedad de agencias, entre las que se encuentran la US National Science Foundation (NSF), el European Research Council (ERC) y agencias financieras de Asia.

Varios astrónomos españoles han participado en este hito científico. José Luis Gómez, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), ha desarrollado uno de los tres algoritmos usados para la reconstrucción de las imágenes de la sombra del agujero negro en M87. Además, Gómez es uno de los coordinadores del artículo científico, publicado hoy, donde se presentan y analizan estas imágenes.

Antxon Alberdi, director del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), lidera investigaciones sobre la formación de chorros relativistas a partir del acrecimiento en torno a agujeros negros supermasivos. Iván Martí-Vidal, del Instituto Geográfico Nacional (IGN), diseñó los algoritmos que permitieron combinar los datos de ALMA (el elemento más sensible del EHT) con el resto de radiotelescopios; es además coordinador del grupo de polarimetría (cuyo principal objetivo es estudiar el papel de los campos magnéticos en las proximidades del agujero negro).

Miguel Sánchez-Portal (director del Instituto de Radioastronomía Milimétrica -IRAM), Salvador Sánchez e Ignacio Ruiz (ingenieros), Pablo Torné (investigador) y Rebecca Azulay (Universidad de Valencia) han participado en la organización, configuración del equipamiento técnico y en la realización de las observaciones desde el radiotelescopio IRAM 30 metros en Sierra Nevada, Granada.

"El Telescopio Horizonte de Sucesos ha transformado nuestra visión de los agujeros negros de un concepto matemático en algo real que puede ser estudiado a través de repetidas observaciones astronómicas", ha comentado Gómez.

"Hemos logrado algo que parecía simplemente imposible hace tan sólo una generación", ha concluido Doeleman. "Los avances tecnológicos y la puesta en marcha de nuevos radiotelescopios durante la última década han permitido a nuestro equipo crear este nuevo instrumento, diseñado para ver lo invisible".