"Tan fuerte que la luz no puede escapar": un astrofísico nos explica la importancia de conocer a "Powehi", el primer agujero negro visto por el hombre

La semana ha estado marcada por varios sucesos relacionados con el espacio, ya sea por intentos fabulosos en la carrera aeroespacial o por el inmenso esfuerzo que significó el registro del primer agujero negro que la humanidad ha visto. Para explicarlo, obtuvimos la colaboración de Fabio Pacucci, doctor en Astrofísica de la Universidad de Yale, EE. UU. El texto fue traducido y adaptado del inglés al español por el doctor Patricio Valderrama, PhD en el Laboratorio de Magmas y Volcanes de la Universidad Blas Pascal de Clermont Ferrand en Francia. Compartimos de manera integral la publicación en NIUSGEEK.

IMAGINANDO LO IMPOSIBLE:

LA PRIMERA FOTO DE UN AGUJERO NEGRO Y SU HORIZONTE DE EVENTOS

 Por: Fabio Pacucci PhD. Astrofísico de la Universidad de Yale, EEUU.

 Traducido y adaptado por: Patricio Valderrama PhD.

La historia de la astronomía pronto será dividida por los eventos que ocurrieron antes y después de la foto del “horizonte de eventos” de un agujero negro. El 10 de abril de 2019 será recordado como el día en que se publicó “La Foto del Siglo".

La primera fotografía directa y resuelta (es decir, tomada y procesada) de un agujero negro es una silueta negra rodeada de una región de color rojo brillante de gas incandecente. Esto es algo que nadie vio antes, es la región donde el Tiempo y Espacio dejan de existir tal y como lo conocemos.

Para entender qué es un agujero negro, primero debemos introducir el concepto de velocidad de escape. Cada cuerpo celeste (planeta, cometa, luna, meteorito, estrella y varios más) se caracteriza por esta cantidad, definida como la velocidad inicial mínima necesaria para que otro objeto escape de su campo gravitatorio. Por ejemplo, si pudieras lanzar una pelota hacia el cielo con una velocidad inicial de unos 11 kilómetros por segundo, la pelota nunca caería y saldría de nuestra atmósfera rumboa a las estrellas ya que superó su velocidad de escape. En términos generales, un agujero negro es un objeto celeste cuya velocidad de escape es mayor que la velocidad de la luz, o unos 300,000 kilómetros por segundo. El límite donde la velocidad de escape es igual a la velocidad de la luz, la velocidad máxima de cualquier cuerpo material en el Universo, se denomina Horizonte de Eventos. Todo lo que cruza este límite sale de nuestro Universo: nada, ni siquiera la luz puede emerger de esta región.

 Es decir, un agujero negro tiene una velocidad de escape tan grande, que ni la luz puede escapar de él.

Los agujeros negros vienen en dos categorías principales. Los agujeros negros de masa estelar son pequeños y deambulan por las galaxias, mientras que los agujeros negros súper masivos tienen millones de millones o mil millones de veces más que nuestro sol y generalmente se encuentran en el centro de las galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.

El campo gravitatorio de los agujeros negros es tan intenso que pueden influir dramáticamente en el volumen del espacio que los rodea. Pueden atraer hacia ellos grandes cantidades de masa, acelerándolos a altas velocidades. Esta masa se calienta y comienza a brillar. Por esta razón, mientras que los agujeros negros no emiten luz por definición, el entorno que los rodea puede ser extremadamente brillante, siendo visible desde distancias de mil millones de años luz. Hasta ahora, observar el entorno brillante alrededor de los agujeros negros era la principal forma de observar los agujeros negros.

Todo esto hasta la observación del primer Horizonte de Eventos. En esta famosa foto, el tema principal es, en realidad, una ausencia. Más importante de lo que se ve en la fotografía, es lo que no se ve. Una estructura circular con una región central muy oscura: el Horizonte de Eventos, o, mejor dicho, su sombra. El agujero negro que fotografiamos está alojado en el centro de M87, una galaxia muy masiva a unos 55 millones de años luz de la Tierra. Si bien es imposible observar directamente el horizonte de eventos de un agujero negro, ya que este no emite luz, ciertamente es posible observar la sombra que proyecta sobre una superficie brillante. Esto es exactamente lo que logramos observar el 10 de abril del 2019. La sombra del horizonte de eventos se ve en proyección sobre el brillante disco de acreción, o una superficie brillante muy rojiza creada por el gas a temperaturas muy altas. La masa del agujero negro es casi siete mil millones de veces la de nuestra estrella, su radio de 20 mil millones de kilómetros, más de 130 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.

 La imagen del primer horizonte de eventos fue un hito científico por muchas razones.

"Powehi" significa en hawaiano "“fuente oscura embellecida de creación interminable”. | Fuente: ESO

En primer lugar, el estudio de una sombra de agujero negro permite probar la Teoría de la Relatividad General en un régimen nunca antes experimentado. La Relatividad General requiere que la sombra del horizonte de eventos sea circular. Otras formas también encontradas, además de la circular, sugieren desviaciones de la teoría de Einstein en el "campo fuerte" que se miden en la vecindad inmediata de un horizonte de eventos. Los primeros datos parecen sugerir que la Relatividad General se mantiene. El estudio del espacio cercano al horizonte de eventos también abrirá, literalmente, nuevos horizontes en el estudio del crecimiento y la irradiación por los agujeros negros. Albert Einstein tenía razón, una vez más.

Esta fotografía requirió años y años de avances tecnológicos y el esfuerzo de cerca de 200 científicos de todo el mundo, unidos en la colaboración "Event Horizon Telescope", o EHT. La técnica empleada para visualizar el horizonte de eventos de M87 se denomina interferometría y utiliza 8 radiotelescopios diferentes, separados por miles de kilómetros, desde México hasta España, desde los EE. UU. Hasta la Antártida, desde Chile hasta Hawái. Esos radiotelescopios apuntaban al mismo punto en el cielo al mismo tiempo y actuaban con la potencia de un solo telescopio con un diámetro similar al del planeta Tierra. Esta fue la única forma de resolver la imagen de un horizonte de eventos, un objeto relativamente compacto, desde 55 millones de años luz de distancia. Para tener una idea clara del desafío, el esfuerzo es similar a fotografiar una pelota de golf colocada en la Luna, observando desde la Tierra.

Utilizamos la curvatura de la tierra para que los 8 más potentes radiotelescopios que tenemos funcionaran como uno.

El proyecto EHT logró visualizar lo imposible, una especie de "salida en un solo sentido" de nuestro Universo. En los próximos años, se lograrán mejores imágenes de este agujero negro y de otros, con una visión mucho más clara del horizonte de eventos. Pero la primera imagen del agujero negro de M87 siempre permanecerá en la imaginación colectiva como una primera. Esto explica la difusión generalizada de la imagen en todo el mundo minutos posteriores a su lanzamiento. Es por esto que ciertamente podemos llamar a esta imagen la "imagen astronómica del siglo".

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