Primera imagen de un agujero negro es el título de la conferencia impartida por Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, campus Morelia, como parte del ciclo Noticias del cosmos, coordinado por los colegiados Susana Lizano y Luis Felipe Rodríguez Jorge
En abril de 2019 se publicó la primera imagen del entorno de un agujero negro super masivo. Ubicado en el centro de la galaxia Messier 87, este objeto astronómico se encuentra a una distancia de 55 millones de años luz de la Tierra y fue observado gracias al Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas en inglés), sobre este hallazgo habló el radioastrónomo Laurent Loinard en la conferencia Primera imagen de un agujero negro.
La sesión forma parte del ciclo Noticias del cosmos, coordinado por los colegiados Susana Lizano y Luis Felipe Rodríguez Jorge, y se transmitió en vivo el 1 de marzo, a través de las plataformas digitales de El Colegio Nacional. El investigador del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, campus Morelia, inició su ponencia con la explicación del concepto velocidad de escape, que hace referencia a la velocidad con la que debe lanzarse un cuerpo para que éste escape de la atracción gravitatoria de la Tierra o de cualquier otro objeto cósmico.
En palabras del experto en formación y juventud de estrellas, la velocidad de escape se puede calcular con una fórmula que relaciona la masa de la Tierra con su radio. “Esa velocidad es de 11 kilómetros por segundo. Si la masa fuera mayor, la velocidad de escape tendría que ser mayor. Por ejemplo, si uno pusiera toda la masa de la Tierra en un volumen comparado con una canica, la velocidad de escape sería de 300 mil kilómetros por segundo.”
Loinard agregó que Albert Einstein propuso que había una velocidad máxima que nada podía rebasar, 299,792,458 km por segundo, la velocidad de la luz. “Un agujero negro es un objeto con una cierta masa y de un tamaño tal que la velocidad de escape en su ‘superficie’ es igual o mayor a la velocidad de la luz. Si toda la masa de la Tierra fuera concentrada en una esfera del tamaño de una canica, (1 cm) sería un agujero negro.”
El también coordinador del Posgrado de Astrofísica de la UNAM explicó que el radio de Schwarzschild es el tamaño característico de un agujero negro, ya que define lo que se conoce como el horizonte. “La teoría de la gravedad moderna, es la teoría de la relatividad general que desarrolló Albert Einstein al principio del siglo pasado, propone que la luz, que no tiene masa, siente la fuerza de gravitación, es decir siente la presencia de masa y se desvía por esa presencia.” Por ejemplo, cuando se observa una galaxia relativamente lejana desde la Tierra y en el camino entre la galaxia y el planeta hay un cúmulo de galaxias, de mucha masa, entonces los rayos de luz que salen de ésta se curvan debido a la presencia de estas galaxias. “En el caso de los agujeros negros la situación se vuelve aún más extrema. Para poder ver lo que pasa dentro de su horizonte es necesario que un rayo de luz salga de él a una velocidad superior a la de la luz, lo que no sucederá.”
Comentó que cuando se tomó la imagen del agujero negro, la estructura estaba muy distorsionada. “Los rayos de luz que llegan a una distancia menor que el radio Schwarzschild van a estar atrapados por el agujero negro y, por lo tanto, esos fotones no saldrán. En la parte central de la imagen, justo detrás del agujero negro, hay una ausencia de luz, a esta región oscura del centro se le llama ‘la sombra’. Lo que ocurre es que el material que emite la luz no está detrás del agujero negro, sino que está rodeándolo.”
Agregó que la imagen capturada lo explica muy bien, al centro se observa un agujero negro rodeado de material distribuido en un plano horizontal que gira alrededor de él. “Lo que ocurre es que estamos viendo rayos de luz que no salen en línea recta, sino que salen en líneas curvas. La región central es oscura, la firma observable del agujero negro.”
“Desde hace varias décadas se sabe que una pequeña fracción de todas las galaxias que hay en el Universo tienen un núcleo muy activo, regiones en su centro donde ocurren fenómenos muy energéticos. La manera en la que se ha interpretado esto es diciendo que en la parte central de las galaxias hay un agujero negro que se ve super masivo porque tiene masas de miles de millones de veces de masas solares.”
Una de estas galaxias es Messier 87, que se ubica a 50 millones de años luz, en la constelación de Virgo. Se piensa que en su centro hay un agujero negro con un volumen de entre 3 y 6 millones de masas solares. “Lo que hicimos nosotros fue observar esta región con el Telescopio del Horizonte de Eventos, que es un instrumento de 8 o 9 telescopios repartidos en todo el mundo, incluido México. Esos telescopios observan el mismo objeto al mismo tiempo, y las señales que se recolectan, los datos de cada telescopio, se combinan para formar una imagen que tiene una resolución angular, es decir, un nivel de nitidez, comparable con un telescopio que tuviera el tamaño de toda la Tierra.”
De acuerdo con el investigador, la imagen de Messier 87, dada su masa y su distancia, tiene un tamaño angular que podría ser comparable con el de una manzana en la superficie de la Luna, vista desde la Tierra. “Ese tipo de nitidez, es lo que necesitamos obtener para hacer una imagen de ese agujero negro. Y eso solamente lo conseguimos combinando esos telescopios.”
La primera imagen de un agujero negro super masivo fue capturada en 2017, pero fue hasta 2019 cuando se dio a conocer. En ésta se observa el anillo brillante que rodea la región más oscura del cielo asociada con la sombra del agujero negro, un lado de este anillo es más brillante que el otro debido a que se encuentra más cerca de la Tierra. “En observaciones posteriores esperamos en algún momento poner a prueba la relatividad general y ver si hay desviaciones entre lo que vemos y deberíamos. Personalmente no creo que vayamos a detectar un efecto, pero es una de las metas del proyecto.”
Loinard puntualizó que esta investigación requirió de simulaciones teóricas con modelos muy avanzados para reproducir la imagen. “Utilizamos más de 60 mil modelos distintos para hacer imágenes realistas, digamos, de cómo se debería ver el entorno de los agujeros negros, dependiendo de su masa, de cómo van girando, de las características del material, de lo que hay alrededor. Las imágenes que vamos a hacer, cuando sea que podamos volver, van a ser de mejor calidad de las que hemos obtenido hasta ahora.”
La conferencia Primera imagen de un agujero negro se encuentra disponible en el canal de YouTube de El Colegio Nacional: elcolegionacionalmx
