A las 15 h del 12 de mayo en varias ruedas de prensa se daba a conocer la primera imagen del agujero negro Sagitario A* existente en el centro nuestra galaxia. Tras escuchar la rueda de prensa y leer lo comunicado por EHT la noticia puede resumirse: Aplicando el mismo método que hace 3 años se utilizó para obtener la primera imagen de un agujero negro, correspondiente a M87 se ha obtenido la imagen del agujero negro que sabíamos existía en el centro de nuestra galaxia Sagitario A*. La “imagen” que se presenta corresponde al consenso de las obtenidas por distintos grupos. La conclusión es que básicamente se confirma lo que ya comprobamos en M87, y que está dentro de las predicciones de la Teoría General de la Relatividad. Para realizar el trabajo se han utilizado básicamente los datos de observación obtenidos en 2017. Se ha realizado un gran progreso en el tratamiento de señales para reducir el ruido de las interferencias . En fin, una buena noticia pero nada realmente extraordinario como anunciaba el EHT.
[P.S.- Le hemos dedicado un especial de EUREKA a esta noticia. ¿Cómo ha podido obtenerse una imagen de él? ¿Qué es un agujero negro? ¿Qué sucedería si cayéramos en uno de ellos? La respuesta a estas y otras preguntas las podéis escuchar en este programa (Pulsar: Aquí o ivoox]
En nuestra galaxia, y en el resto de las galaxias, probablemente hay muchísimos agujeros negros. En la nuestra se estima que algo menos de un agujero negro cada mil estrellas, pero probablemente todos ellos, salvo Sagitario A*, tienen su origen en la muerte de estrellas muy másicas que al final de sus vidas explotan y en su centro queda un agujero negro. El caso de Sagitario A* es distinto. Quizás se originó poco después del inicio del universo y tuvo un papel fundamental en la formación de nuestra galaxia. Sabemos que probablemente todas las galaxias cobijan un agujero negro de este tipo en su centro, algunos miles de veces mayor que Sagitario A, como fue el caso de M87, que se presento hace 3 años.
Para entender cómo se llegó a la evidencia de que, en el centro de las galaxias, quizás en todas, hay un agujero negro. Desde hace unas dos decenas de años se han ido siguiendo estrellas próximas al centro de nuestra galaxia, donde se suponía que estaba el agujero negro que se le llamó Sagitario A*. Se ha observado que orbitan en torno a un punto (centro de masas) a gran velocidad, lo que era una evidencia clara de que allí debía estar un agujero negro. Por este trabajo Andrea Ghez recibió el Premio Nobel 2020
Conocido los periodos orbitales y distancias de estas estrellas al agujero negro se pudo determinar que tiene una masa equivalente a 4,2 millones de masas solares, a partir de ello se dedujo que su radio es algo menor que el que hay desde el centro del Sol a la órbita de Mercurio. Se entiende por radio de un agujero negro la distancia que hay desde su centro al horizonte de sucesos, que se conoce como Schwarzschild. El horizonte de sucesos puede entenderse como una esfera imaginaria que una vez atravesada nada sale (excepto la tenue radiación de Hawking que es indetectable).
Al girar al agujero absorbe gas. En ese proceso el gas se calienta y emite rayos X y que a su vez originan ondas de radio. Las ondas de radio pueden ser observadas desde la superficie de la Tierra por los radiotelescopios. De hecho, la primera evidencia de este agujero negro procedía de las ondas de radio que nos llegaban del centro de la galaxia. Sagitario A* cumple justo con lo que se pensaba, gira bastante mas rápido que M87 .
Hace unos años se puso en marcha un proyecto conocido como Event Horizon Telescope (EHT) cuyo objetivo era obtener la imagen de Sagitario A* y de otros agujeros negros galácticos, así se obtuvo la primera imagen de un agujero negro hace 3 años, el correspondiente a M87. Al igual que para el agujero de M87 se han usado 8 radiotelescopios (en algún caso como ALMA son grupos de radiotelescopios) que conjuntamente se comportan como un gigantesco radiotelescopio de superficie próxima a la que tendria el circulo inscrito en un meridiano terrestre. En el caso de Europa el radio telescopio que ha participado es el de 30 m que hay en el Pico Veleta (Granada). Una superficie tan grande era necesaria para poder resolver con suficiente detalle la sombra que proyecta el agujero negro sobre el fondo que hay detrás de él. El tamaño visual del agujero negro visto desde la Tierra es de 52 microsegundos de arco, equivalente a distinguir desde la Tierra un CD en la Luna.
En los agujeros negros galácticos como Sagitario A* el gas envuelve al agujero negro a una distancia unas dos veces el radio de Schwarzschild. Además, la luz (fotones) que llega al agujero negro es curvada y este queda envuelto por una esfera caótica de fotones. Todo esto es consecuencia la Teoría General de la Relatividad. Lo que muestra la fotografía es la silueta circular oscura que el agujero negro proyecta sobre el fondo que es más brillante. El color no es real, es un falso color asignado a las ondas milimétricas y submilimétricas detectadas. El ojo solo ve en el entorno de unos centenares de nanómetros. El borde que se ve en la imagen interior que se ve en la imagen no corresponde al horizonte de sucesos, realmente está algo más allá.
Para “ver” el agujero negro la técnica utilizada es lo que se conoce como «interferometría de muy larga base» o VLBI que que permite observar un objeto con varios radiotelescopios que como hemos dicho, conjuntamente se comportan como si se tratase de uno solo, casi del tamaño de la Tierra. Uno de los problemas más importante era sincronizar la información lo que ha requerido el empleo de relojes atómicos ultraprecisos, cada señal llevaba asociada el tiempo exacto en el que se tomó. Además, los radiotelescopios no cubrían todo el espacio de ese circulo imaginario, ha sido necesario “rellenar” los espacios sin señal. Según nos cuentan en sitio de EHT: Para darte una idea de cómo funciona [el relleno de zonas sin señal], puedes pensar en las mediciones que hacemos con los telescopios como las notas en una canción. Cada telescopio produce mediciones que corresponden al tono de una única nota. Si tuviéramos telescopios en cada punto del planeta podríamos oír todas las notas y escuchar una versión perfecta de la canción. Debemos reconocer la canción a partir de algunas pocas notas. Cada nueva observación representa una nota, y cada nota adicional va haciendo más clara la estructura de la canción. El problema fundamental no son las medidas en si, de hecho el tiempo dedicado a observarlo ha sido muy poco (el periodo mas largo de seguimiento fue de solo 5 días). El mayor problema ha sido lidiar terabytes de datos, con enormes interferencias de distintos orígenes y eso ha llevado años (la mayoría de las medidas se tomaron en 2017, otras en 2018 y 2021 pero aun están en estudio). Los resultados del estudio se se han publicado en varios artículos y aparecerán en los próximos meses.
Sgr A* está mucho mas cerca que el agujero negro de M87. EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan explica el retraso en obtención de la imagen de Sgr A* : “El gas en las cercanías de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*. Pero donde el gas tarda de días a semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en meros minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de un perro persiguiéndose rápidamente la cola”.
El tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, y lo que se ha medida (52 microsegundos visto desde la Tierra) corresponde a los algo mas de 4 millones de masas solares, que coincide por el estimado por el método de rotación de estrellas, que comentamos al principio. La forma es similar a la de M87, según lo previsto, pues todos los agujeros negros tienen la misma forma (una rosquilla) de acuerdo a la Teoría General de la Relatividad (TGR). La rotación del agujero negro está de entre 8 y 12 horas, cientos de veces mayor que la de M87, como corresponde a un agujero negro considerablemente menor, el plasma que lo orbita lo hace mas rápido, da una vuelta completa cada pocos minutos (<30). Su rotación está dentro de 30 grados perpendicular al plano galáctico. El “color” del anillo es bastante homogéneo, la presencia de tres zonas mas brillantes no está claro la causa, en parte es real y otra es debida a las limitaciones de los instrumentos de medida, se requerirá mas telescopios en red para mejorar la resolución. Lo que debe quedar claro es que realmente lo que se presenta no es una autentica imagen, es una presentación de las medidas en formato visualizable por el ojo humano. Un aspecto importante es la media del magnetismo en torno en agujero negro, que se puede medir por el análisis de la polarización de la señal que nos llega, que aun está en estudio. Lo mas curioso es que lo que se ha visto casa exactamente por lo previsto en la Teoría General de la Relatividad (Nov 1915), lo que la confirma una vez mas, de hecho sus predicciones han sido superiores a las que imaginó su propio creador: A. Einstein, que incluso dudaba de la presencia de agujeros negros.
Los agujeros negros ponen en cuestión una de las leyes físicas fundamentales: La conservación de la información. Sobre el tema podéis leer:
La guerra de Hawking ¿Tienen pelos los agujeros negros?
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