“Cuando una estrella muere puede quedar reducida al tamaño de una ciudad”

Rafael Martínez Galarza hace parte del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, uno de los centros de astronomía más importantes del mundo. Desde el pasado 4 de abril sigue de cerca el esfuerzo de cinco grandes radiotelescopios, localizados en nueve puntos distintos de la Tierra, que se han coordinado para intentar tener la primera prueba directa de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia.

En esta entrevista explicó la importancia de esta nueva empresa científica.

¿Explíquenos brevemente qué es un agujero negro?

Un agujero negro es el colapso de una gran cantidad de masa en una región relativamente pequeña del espacio. Cuando una estrella masiva muere, por ejemplo, puede colapsar por su propio peso hasta que toda su masa quede reducida al tamaño de una ciudad. La distorsión del espacio tiempo que esto genera significa que existe una región (más allá del horizonte de eventos, el límite del agujero negro) a la cual no tenemos acceso, porque ni siquiera la luz logra salvarse de esa curvatura para alcanzarnos. Un agujero negro masivo como el del centro de la Vía Láctea es una versión gigante de este colapso, con masas que pueden alcanzar miles de millones de veces la masa del Sol. Son posibles sólo en los centros de galaxias, donde la concentración de masa y la densidad estelar son suficientes para alimentarlos.

¿Cuéntenos cómo está involucrado en este intento de fotografíar un agujero negro?

No estoy involucrado directamente en este esfuerzo. El grupo del que hago parte en el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha intentado observaciones de Sgr A*, pero observando en luz infrarroja, para determinar la variabilidad en la emisión proveniente del agujero negro. Si bien en el infrarrojo no tenemos la resolución suficiente para resolverlo, si podemos estudiar cómo cambia su intensidad debido al proceso de acreción de gas circundante. Estas observaciones, así como las observaciones hechas en rayos X para el telescopio espacial Chandra, de cuyo equipo hago parte, serán complementarias a las observaciones de EHT y de gran importancia en su caracterización.

¿Cómo es el trabajo por estos días en ese observatorio de Harvard?

El trabajo de preparación ha sido el más intenso, pero estas semanas de observación han sido por supuesto intensas aquí ya que uno de los principales telescopios para esta observación (el Submillimeter Array, ubicado en Hawaii), tiene su sede de operaciones aquí. La coordinación con otros observatorios del proyecto requiere largas horas de trabajo, pero también se monitorean constantemente otros eventos en el cielo que puedan tener caracterísiticas a Sag A*.

¿Por qué nunca se ha podido tener registros directos de un agujero negro?

Principalmente porque, aún siendo muy masivos, su tamaño aparente es muy pequeño, debido a la contracción gravitacional. El tamaño relativo de Sgr A (que es el agujero negro con el tamaño aparente más grande visto desde la Tierra) es equivalente al de una naranja puesta a la distancia de la Luna. Para lograr la observación se requiere la combinación de varios telescopios, usando interferometría. Al final, el tamaño efectivo del "telescoipo" es igual al diámetro de la Tierra. Sólo un telescopio así de grande es capaz de resolver la estructura del horizonte de los eventos. Eso in contar con que la señal es muy débil.

¿Cómo piensan lograrlo esta vez?

Usando interferometría, combinando la señal que reciben varios telescopios desperdigados en el globo terrestre, y usando las pequeñas diferencias en el tiempo en el que estos telescopios reciben la señal para reconstruir la imagen del agujero negro. Esto requiere, primero que todo, una sincronización de los relojes en los diferentes observatorios con una precisión de fracciones de milisegundo, que equivale a la diferencia de tiempo con que se recibe la señal en los diferentes sitios. El esfuerzo está complementado con nuevas técnicas en procesamiento de datos que permiten separar la señal de Sgr A* de otras fuentes de emisión submilimétrica en el centro de la galaxia, que es una zona muy activa.

¿Quién dirige este proyecto, cómo se pusieron de acuerdo tantos científicos?

El esfuerzo es una colaboración de más de 30 instituciones, todas ellas con experiencia en observaciones en el submilímetro. El director es Sheperd Doeleman, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, pero el proyecto tiene otras cabezas muy visibles, por ejemplo Heino Falcke en Holanda. La Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos proporciona una buena porción de los fondos. La coordinación se logró en base al objetivo: si uno sólo de los observatorios usados (9 en total, con 3 más uniéndose en el futuro próximo) no estuviera, la imagen no sería posible, o no sería tan clara. 

¿Que significa para la ciencia salir exitosos en este caso?

La consecuencia más relevante de las observaciones será la comprobación -repetida, pero no por ello irrelevante- de la increíble fuerza de nuestra curiosidad, del sorprendente poder del método científico. La especie humana ha sido capaz, en el transcurso de un siglo, no sólo de predecir los estados más extremos del tiempo y el espacio,  estados que se escapan sin remedio a la realidad limitada de nuestro sentido común, sino también de diseñar los más complejos experimentos para comprobar estas predicciones y acercarnos un poco más al entendimiento de las leyes que rigen el funcionamiento del Universo.

¿Qué utilidad tiene tener ese registro de un agujero negro?

Son muchos los detalles particulares de la relatividad general (la letra fina de la teoría, si se quiere) que pueden ser comprobados o refutados con las observaciones de esta semana. Por ejemplo, resultados preliminares con el EHT indican que un inmenso disco de material rodea a Sgr A*, rotando a velocidades relativistas a su alrededor y saciando generosamente su voraz apetito de gas caliente. La luz emitida por este llamado disco de acreción es también distorsionada por la curvatura del espacio-tiempo, y de ser cierta su existencia, debemos esperar que su imagen deformada sea asimétrica, más brillante en la parte del disco que se acerca a nosotros y menos brillante en la parte que se aleja. De manera que la imagen que los astrónomos de ETH esperan observar (de ser cierta la existencia del disco de material) es una especie de media luna borrosa, un anillo de luz con un diamante en uno de sus lados, producido por la rotación del disco de acreción alrededor del agujero negro. Si el agujero negro mismo está rotando, como lo permite una de las soluciones a las ecuaciones de Einstein, el tamaño de este anillo depende de la velocidad de dicha rotación, de manera que las mediciones efectuadas también permitirán determinar si el Sgr A* es un agujero negro rotante, un trompo gigantesco que distorsiona el espacio a su alrededor.

¿Cuál es el siguiente paso para comprender este fenómeno?

Las observaciones de esta semana son todavía preliminares. La interferometría es un método que funciona de cierta manera juntando piezas del rompecabezas poco a poco, a medida que una porción más y más grande del cielo es cubierta por los telescopios. De manera que el futuro significa mejorar la imagen inicial para hacerla más nítida y más útil en la confrontación de las teorías. Pero también están las observaciones con otros telescopios (infrarrojos, rayo X) que complementarán las observaciones de EHT. Finalmente, Sgr A* no es el único agujero negro masivo que existe. Otros agujeros negros con un tamaño aparente relativamente similar serán observados por EHT, por ejemplo el que queda en el centro de M87. Este último es miles de veces más masivo que Sgr A*.

Rafael Martínez Galarza hace parte del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, uno de los centros de astronomía más importantes del mundo. Desde el pasado 4 de abril sigue de cerca el esfuerzo de cinco grandes radiotelescopios, localizados en nueve puntos distintos de la Tierra, que se han coordinado para intentar tener la primera prueba directa de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia.

En esta entrevista explicó la importancia de esta nueva empresa científica.

¿Explíquenos brevemente qué es un agujero negro?

Un agujero negro es el colapso de una gran cantidad de masa en una región relativamente pequeña del espacio. Cuando una estrella masiva muere, por ejemplo, puede colapsar por su propio peso hasta que toda su masa quede reducida al tamaño de una ciudad. La distorsión del espacio tiempo que esto genera significa que existe una región (más allá del horizonte de eventos, el límite del agujero negro) a la cual no tenemos acceso, porque ni siquiera la luz logra salvarse de esa curvatura para alcanzarnos. Un agujero negro masivo como el del centro de la Vía Láctea es una versión gigante de este colapso, con masas que pueden alcanzar miles de millones de veces la masa del Sol. Son posibles sólo en los centros de galaxias, donde la concentración de masa y la densidad estelar son suficientes para alimentarlos.

¿Cuéntenos cómo está involucrado en este intento de fotografíar un agujero negro?

No estoy involucrado directamente en este esfuerzo. El grupo del que hago parte en el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha intentado observaciones de Sgr A*, pero observando en luz infrarroja, para determinar la variabilidad en la emisión proveniente del agujero negro. Si bien en el infrarrojo no tenemos la resolución suficiente para resolverlo, si podemos estudiar cómo cambia su intensidad debido al proceso de acreción de gas circundante. Estas observaciones, así como las observaciones hechas en rayos X para el telescopio espacial Chandra, de cuyo equipo hago parte, serán complementarias a las observaciones de EHT y de gran importancia en su caracterización.

¿Cómo es el trabajo por estos días en ese observatorio de Harvard?

El trabajo de preparación ha sido el más intenso, pero estas semanas de observación han sido por supuesto intensas aquí ya que uno de los principales telescopios para esta observación (el Submillimeter Array, ubicado en Hawaii), tiene su sede de operaciones aquí. La coordinación con otros observatorios del proyecto requiere largas horas de trabajo, pero también se monitorean constantemente otros eventos en el cielo que puedan tener caracterísiticas a Sag A*.

¿Por qué nunca se ha podido tener registros directos de un agujero negro?

Principalmente porque, aún siendo muy masivos, su tamaño aparente es muy pequeño, debido a la contracción gravitacional. El tamaño relativo de Sgr A (que es el agujero negro con el tamaño aparente más grande visto desde la Tierra) es equivalente al de una naranja puesta a la distancia de la Luna. Para lograr la observación se requiere la combinación de varios telescopios, usando interferometría. Al final, el tamaño efectivo del "telescoipo" es igual al diámetro de la Tierra. Sólo un telescopio así de grande es capaz de resolver la estructura del horizonte de los eventos. Eso in contar con que la señal es muy débil.

¿Cómo piensan lograrlo esta vez?

Usando interferometría, combinando la señal que reciben varios telescopios desperdigados en el globo terrestre, y usando las pequeñas diferencias en el tiempo en el que estos telescopios reciben la señal para reconstruir la imagen del agujero negro. Esto requiere, primero que todo, una sincronización de los relojes en los diferentes observatorios con una precisión de fracciones de milisegundo, que equivale a la diferencia de tiempo con que se recibe la señal en los diferentes sitios. El esfuerzo está complementado con nuevas técnicas en procesamiento de datos que permiten separar la señal de Sgr A* de otras fuentes de emisión submilimétrica en el centro de la galaxia, que es una zona muy activa.

¿Quién dirige este proyecto, cómo se pusieron de acuerdo tantos científicos?

El esfuerzo es una colaboración de más de 30 instituciones, todas ellas con experiencia en observaciones en el submilímetro. El director es Sheperd Doeleman, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, pero el proyecto tiene otras cabezas muy visibles, por ejemplo Heino Falcke en Holanda. La Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos proporciona una buena porción de los fondos. La coordinación se logró en base al objetivo: si uno sólo de los observatorios usados (9 en total, con 3 más uniéndose en el futuro próximo) no estuviera, la imagen no sería posible, o no sería tan clara. 

¿Que significa para la ciencia salir exitosos en este caso?

La consecuencia más relevante de las observaciones será la comprobación -repetida, pero no por ello irrelevante- de la increíble fuerza de nuestra curiosidad, del sorprendente poder del método científico. La especie humana ha sido capaz, en el transcurso de un siglo, no sólo de predecir los estados más extremos del tiempo y el espacio,  estados que se escapan sin remedio a la realidad limitada de nuestro sentido común, sino también de diseñar los más complejos experimentos para comprobar estas predicciones y acercarnos un poco más al entendimiento de las leyes que rigen el funcionamiento del Universo.

¿Qué utilidad tiene tener ese registro de un agujero negro?

Son muchos los detalles particulares de la relatividad general (la letra fina de la teoría, si se quiere) que pueden ser comprobados o refutados con las observaciones de esta semana. Por ejemplo, resultados preliminares con el EHT indican que un inmenso disco de material rodea a Sgr A*, rotando a velocidades relativistas a su alrededor y saciando generosamente su voraz apetito de gas caliente. La luz emitida por este llamado disco de acreción es también distorsionada por la curvatura del espacio-tiempo, y de ser cierta su existencia, debemos esperar que su imagen deformada sea asimétrica, más brillante en la parte del disco que se acerca a nosotros y menos brillante en la parte que se aleja. De manera que la imagen que los astrónomos de ETH esperan observar (de ser cierta la existencia del disco de material) es una especie de media luna borrosa, un anillo de luz con un diamante en uno de sus lados, producido por la rotación del disco de acreción alrededor del agujero negro. Si el agujero negro mismo está rotando, como lo permite una de las soluciones a las ecuaciones de Einstein, el tamaño de este anillo depende de la velocidad de dicha rotación, de manera que las mediciones efectuadas también permitirán determinar si el Sgr A* es un agujero negro rotante, un trompo gigantesco que distorsiona el espacio a su alrededor.

¿Cuál es el siguiente paso para comprender este fenómeno?

Las observaciones de esta semana son todavía preliminares. La interferometría es un método que funciona de cierta manera juntando piezas del rompecabezas poco a poco, a medida que una porción más y más grande del cielo es cubierta por los telescopios. De manera que el futuro significa mejorar la imagen inicial para hacerla más nítida y más útil en la confrontación de las teorías. Pero también están las observaciones con otros telescopios (infrarrojos, rayo X) que complementarán las observaciones de EHT. Finalmente, Sgr A* no es el único agujero negro masivo que existe. Otros agujeros negros con un tamaño aparente relativamente similar serán observados por EHT, por ejemplo el que queda en el centro de M87. Este último es miles de veces más masivo que Sgr A*.