¿Cómo fue posible tomarle una foto a algo de lo que ni siquiera escapa la luz?

La primera fotografía de un agujero negro fue tomada gracias al trabajo conjunto de cientos de científicos en todo el mundo. Aquí le explicamos cómo fue posible capturar una imagen que, hasta hace tan solo diez años, creíamos imposible.

Estas fueron las imágenes que lograron tomarse del agujero negro M87.EHT

La primera fotografía de un agujero negro deja a muchos confundidos. ¿No se supone que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de estos objetos? ¿es posible tomar la foto de algo que, por definición, es absolutamente invisible a los ojos humanos? Las dudas no son pequeñas y, para responderlas, primero hay que recordar algunos conceptos básicos de física.

Recordemos que la gravedad es una fuerza universal que afecta a todos los objetos con masa en el universo. Entre más masivo sea un objeto, más capacidad de atraer a otros objetos tendrá. Es decir: mayor será su campo gravitacional.

Uno de los objetos más masivos del cosmos son las estrellas gigantes rojas, que tienen de 10 a 25 veces más masa que el sol. Cuando estas estrellas mueren (cuando se le acaba la energía que genera las explosiones en su núcleo) se convierten en una enana blanca, un tipo de estrella con una gran cantidad de masa condensada en un minúsculo espacio. Esta enana blanca, si sigue disminuyendo en tamaño, se convierte en un agujero negro.

Los agujeros negros tienen un campo de gravitación tan poderoso que, cualquier cosa -incluida la luz- que se acerque demasiado a ellos, será tragado. Ese punto de no retorno es el llamado horizonte de sucesos. Por su pequeño tamaño, y por el hecho de que no podemos verlos con nuestros ojos, fotografiarlos se creía una misión imposible.

¿Si nunca los hemos visto, entonces cómo sabemos que existen?

Si bien jamás hemos “visto” un agujero negro, sí hemos podido observar la forma como se comportan los objetos que se encuentran cerca a uno. En el siguiente video, mire las trayectorias (las líneas de colores) que rodean el punto central, marcado con una estrella.

Lo que acaba de ver son 20 años de datos recogidos en el centro de nuestra galaxia, la Vía Lactea. Los objetos que hacen las trayectorias de colores son enormes estrellas que rodean al agujero negro Sagitario A.

Al observar cómo se mueven las estrellas cerca a este agujero negro, es posible ver cómo se altera su camino, y cómo, entre más cerca están, más rápido se mueven. Ninguna de estas estrellas llegó al horizonte de sucesos de Sagitario A. Si eso hubiera pasado, su línea simplemente habría desaparecido.

Pero hay otras formas de predecir dónde puede haber un agujero negro: a través de otros tipos de rayos, que por su frecuencia de onda no son visibles para nuestros ojos, pero son igual de reales, como los rayos X u ondas de radio. Los agujeros negros, al ser objetos con enorme energía colapsada, emiten grandes cantidades de energía que es posible medir con telescopio especiales.

Además, el gas (de estrellas y otros objetos espaciales) que cae hacia él se calienta a millones de grados y brilla. Ese brillo crea una iluminación de fondo que, como una linterna alumbrando de manera indirecta un objeto, crea una silueta oscura: la sombra del agujero negro. A partir de esta teoría (basada tanto el cálculos como en observaciones con telescopios) nació la idea de tomar la primera foto de un agujero negro.

Pero, ¿y la foto?

Después de recolectar datos indirectos sobre agujeros negros en el cosmos, los científicos se le midieron a la tarea de tratar de capturar un agujero negro. Llamaron al Proyecto Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés): 14 centros de investigación y 200 científicos se involucraron en la misión. Ocho telescopios, desde el Polo Sur al Norte, pasando por Chile, Hawái y Alemania, conformarían el telescopio del tamaño de la Tierra.

El principal problema para lograr la foto es que estos objetos tienen gran masa, pero son muy pequeños y, además, están muy, muy lejos. Por ejemplo, el agujero M87, que fue el elegido para la primera fotografía, está en el centro del cúmulo de galaxias de Virgo, a 55 millones de años luz de la Tierra. A eso hay que añadirle que si bien es 6.500 millones de veces más masivo que el sol, su tamaño no es necesariamente mucho más grande.

(Puede leer: ¿Qué revela la primera imagen de un agujero negro?)

Con la tecnología que había disponible, “intentar ver este agujero negro es como si dejáramos un DVD sobre la superficie de la Luna y luego intentáramos tomarle una foto desde la Tierra con una cámara de alta resolución”, le dijo a Vox Dimitrios Psaltis, un astrofísico de la Universidad de Arizona. El Instituto de Tecnología de Massachussets (MIT) señaló en un comunicado que intentar ver este objeto es como intentar leer un mensaje de Whatsapp en un celular de Nueva York… desde una acera en París.

Por eso, el primer paso era diseñar software que permitiera a nuestros telescopios mejorar su resolución. Para lograrlo, el equipo desarrolló un software personalizado e instaló varios componentes de hardware nuevos en los ochos radiotelescopios que harían parte del proyecto. Entre estos nuevos componentes hay un maser de hidrógeno (un tipo de reloj atómico ultrapreciso), un conjunto de reformadores de datos de muy alta velocidad y un sistema de fibra óptica para el transporte.  

Todas estas adecuaciones lograron que nuestros “ojos” en el universo alcanzaran la sensibilidad suficiente para, por ejemplo, ver desde la Tierra un cabello flotando en la Estación Espacial Internacional, escribieron en El País Jóse Luis Gómez y Antxon Alberdi, dos científicos españoles que hicieron parte de la investigación.

Después de instalar el sofisticado software y hardware, en abril de 2017, el equipo del Telescopio Horizonte de Sucesos se conectó y todos apuntaron sus enormes radio telescopios hacia el M87. Durante días, los computadores recopilaron enormes cantidades de datos.

La información fue tanta que los científicos se dieron cuenta de que sería más fácil y rápido llevar los discos duros con la información en aviones a los dos puntos donde sería analizada, que enviarlos a través de internet. Así, millones y millones de teras de información volaron hacia dos laboratorios: el Instituto Max Palanck, en Bonn (Alemania), y el Observatorio Haystack del MIT, en Massachusetts (Estados Unidos).

 

Allí comenzó la ardua labor de tejer los datos, conectarlos para crear una sola imagen. Algo así como si un teléfono celular, en lugar de arrojarle una selfie cuando se toma una foto, le arrojara un montón de datos y algoritmos que luego hay que convertir en pixeles y más tarde unir entre ellas como un rompecabezas.

Dos años se tardaron en ese proceso, y el resultado fueron las imágenes que compartieron esta mañana los miembros del EHT.

“Por definición, un agujero negro no puede verse. Y nunca se podrá ver. Pero sabemos que el disco de acreción -la materia que rodea el agujero negro y que comprende gas extremadamente caliente y restos de estrellas descompuestas por el entorno gravitacional- es relativamente brillante. Esta materia puede ser detectada antes de ser engullida por el agujero negro. La idea era pues observar el agujero negro por contraste”, dijo a AFP Frédéric Gueth, director adjunto del Instituto de Radioastronomía Milimétrica de Europa, que participó en el proyecto.

“Lo que vemos en la imagen es la sombra del punto de 'no retorno' (bautizada horizonte de los sucesos) de un agujero negro sobre el disco de acreción brillante”, concluyó.

 

 

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Maria Paula Rubiano

Ciencia

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