Nota del editor: Don Lincoln es un científico sénior en el Laboratorio Fermi del Acelerador Nacional. Es el autor de The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind. También produce una serie de videos educativos sobre ciencia. Síguelo en Facebook. Las opiniones expresadas en este artículo son exclusivas del autor.
(CNN) – De todas las cosas que suenan locas en el panteón de la física moderna, es difícil vencer a un agujero negro. En general, los agujeros negros son los restos quemados de las estrellas muertas desde hace mucho tiempo, con un campo gravitatorio suficientemente fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de ellos.
La gravedad cerca de un agujero negro es tan fuerte que deforma el tejido del espacio y el tiempo. Los agujeros negros se parecen más a la ciencia ficción que a los hechos, pero ha habido una considerable evidencia indirecta de que existen. Son aceptados por la comunidad científica a pesar de una admisión vergonzosa: nadie ha visto directamente uno. Bueno, hasta ahora.
Los científicos han informado la primera observación directa de un agujero negro en el centro de una galaxia llamada M87. M87 es una galaxia elíptica supergigante en la constelación de Virgo. Es una de las galaxias más grandes en el universo cercano. (Donde “cerca” es la asombrosa distancia de 53 millones de años luz. Los astrónomos realmente piensan en grande).
Ahora es necesario un poco de cuidado para entender exactamente lo que se hizo. Los agujeros negros son, bueno, negros. Por definición, no emiten ninguna luz. Por lo tanto, el agujero negro no se observó directamente. Sin embargo, los agujeros negros también están rodeados de materia ordinaria que queda atrapada en el agarre gravitatorio del agujero.
Esta materia, que normalmente es sólo gas del mismo tipo que conforma nuestro Sol, orbita el agujero negro a velocidades muy altas. Todo ese gas de rápido movimiento se calienta hasta el punto en que brilla y emite todo tipo de formas de radiación electromagnética, desde calor hasta luz y ondas de radio. El gas que interviene bloquea el calor y la luz visibles, por lo que los astrónomos buscan las ondas de radio.
Podrías pensar que los astrónomos anunciaron que detectaron este halo de ondas de radio que rodeaban el agujero, y eso es parte de la historia. Sin embargo, es más complicado que eso. Debido a la gravedad tan fuerte cerca del agujero negro, parte de la luz y las ondas de radio son capturadas por él y no escapan. El resultado es que un agujero negro parece un anillo de luz, con una sombra en el medio. Esencialmente, desde la distancia, la foto que los astrónomos publicaron del agujero negro de M87 parece un anillo de café que queda en una hoja de papel, al menos una de color.
Dado que los astrónomos usaron ondas de radio para ver el agujero negro, los colores no son lo que verías con tus ojos. Pero tienen un significado. Lo que estamos viendo es el gas que rodea el agujero negro. Un lado es brillante y el otro está oscuro porque el agujero negro está girando. El amarillo muestra el lado del agujero negro girando hacia nosotros y el lado rojizo está girando hacia afuera.
Aparte de las dificultades asociadas con ver algo que es perfectamente negro, otra dificultad es su tamaño. Los agujeros negros ordinarios, que tienen una masa pocas veces tan grande como nuestro Sol, son tan grandes como la ciudad de Chicago. Combinados con sus grandes distancias, son simplemente demasiado pequeños para verlos con la tecnología moderna. Ver el agujero negro más cercano conocido es tan difícil como ver desde un telescopio en Nueva York una sola molécula en Los Ángeles. Esto está más allá de las capacidades técnicas actuales.
Por suerte, el centro de casi todas las galaxias contiene un enorme agujero negro. Por ejemplo, el que está en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, tiene una masa de alrededor de 4 millones de veces la de nuestro Sol con un radio de alrededor de 30 veces la del Sol.
Sin embargo, el agujero negro en el centro de M87 es verdaderamente gigantesco. Su masa es aproximadamente 7.000 millones de veces la masa de nuestro Sol. Y sus dimensiones son enormes para un agujero negro. Es una esfera con un radio de aproximadamente 130 veces la de la órbita de la Tierra o aproximadamente tres veces más grande que la órbita promedio de Plutón.
Eso suena grande, pero la distancia hasta M87 es tan grande que el agujero negro en el centro de esa galaxia subtiende un pequeño ángulo. Es increíblemente pequeño: es equivalente al ancho de una línea dibujada por un lápiz afilado vista desde la distancia que separa a Nueva York y Los Ángeles, una tarea que es posible si los científicos usaran una técnica increíblemente inteligente que utiliza a toda la Tierra como telescopio. Y, afortunadamente, la sombra proyectada por el agujero negro es aproximadamente 2,5 veces más ancha que el agujero mismo.
En 2006, un consorcio internacional de astrónomos formó un grupo llamado Event Horizon Telescope. El nombre es engañoso, ya que su equipo no es un telescopio en la forma en que normalmente lo pensamos. En cambio, el equipo que utilizan se llama radiotelescopio, que es sólo una antena de radio ultrasensible.
Y otro nivel de confusión es que el grupo no empleó una sola antena. En cambio, lo que hicieron fue unir una red de radiotelescopios que se extendió por todo el planeta. La razón por la que lo hicieron es simple. La cantidad de objetos que un telescopio puede ver depende fundamentalmente del tamaño del telescopio. Cuanto más grande es el telescopio, más pequeños son los objetos que puede determinar.
Un radiotelescopio de clase mundial tiene unos 30 metros de ancho. Sin embargo, al unir una red mundial de receptores de radio, los astrónomos pueden hacer un telescopio del tamaño de la Tierra, esencialmente un radiotelescopio de aproximadamente 12.000 kilómetros de ancho. Y al utilizar relojes atómicos ultraprecisos para sincronizar las observaciones realizadas en todo el mundo, los astrónomos pudieron determinar la sombra del agujero negro en el centro de la galaxia M87.
La ciencia tiene que ver con superar los límites: estudiar lo que antes era imposible de hacer. Y, al ser perfectamente negros, diminutos y muy distantes, los agujeros negros ciertamente califican. Sin embargo, los agujeros negros son un laboratorio clave para probar la teoría de la relatividad de Einstein, que es nuestra mejor teoría de la gravedad. Debido a esto, los científicos los han estudiado indirectamente durante décadas, desde observar su efecto en estrellas cercanas, hasta ver cómo calientan nubes gigantes de gas, hasta detectar cómo su movimiento envía ondas a través del espacio y el tiempo.
Pero ver uno directamente es algo nuevo y un gran avance en nuestra capacidad para comprender el comportamiento de la materia bajo las fuerzas gravitacionales más fuertes que puedan imaginarse. Y es importante tener en cuenta que este trabajo no sería posible sin el generoso apoyo de los contribuyentes y las agencias de financiamiento de la ciencia en todo el mundo, incluida la Fundación Nacional para la Ciencia aquí en Estados Unidos. (Revelación: mis colegas de Fermilab son colaboradores en este proyecto y están financiados por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los EE. UU.)
Todos debemos sentirnos un poco orgullosos de nuestro papel individual al hacer posible esta impresionante observación científica. En las próximas semanas y meses, estamos seguros de que aprenderemos aún más.