En abril de 2019, pudimos ver por primera vez la imagen de un agujero negro gracias a la iniciativa Event Horizon Telescope (EHT), en la que España tiene un importante papel. Fue el resultado de una tarea de más de diez años y la colaboración de cerca de de 300 científicos de todo el mundo, que ayer anunciaron una nueva hazaña: han obtenido la primera imagen del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*), ubicado en el corazón de la Vía Láctea.

La primera intención del consorcio EHT era precisamente observar y conseguir una fotografía de este agujero negro situado a 27 años luz de la Tierra y con una masa cuatro millones de veces superior a la del sol. Finalmente, debido a su tamaño y a las dificultades para reconstruir la imagen por culpa de interferencias en las señales, los investigadores desistieron y se centraron en el agujero negro situado en la galaxia Messier 87 (M87), cuya primera fotografía se desveló hace tres años.

José Luis Gómez, investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada, fue uno de los participantes más destacados de la rueda de prensa que tuvo lugar ayer en el auditorio del European Southern Observatory (ESO), en Múnich. El astrofísico español estuvo al frente de las observaciones en el telescopio del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM), situado en el Pico Veleta de Sierra Nevada, cerca de Granada, y fue uno de los encargados de explicar el complejo funcionamiento del EHT. 

Cómo funciona

Para reconstruir las imágenes del agujero negro en el centro de M87 publicadas en 2019, el equipo internacional combinó durante una semana de 2017 observaciones de ocho grandes radiotelescopios repartidos por todo el mundo. Todos están situados en lugares estratégicos para una mejor observación, ya sea en volcanes en Hawái y México, una montaña de Arizona, el Pico Veleta en Granada, el desierto de Atacama en Chile o la Antártida.

Los platos de cada uno de los radiotelescopios unidos actúan como un plato virtual equivalente al tamaño de nuestro planeta. Eso permitió a los científicos del EHT tener una resolución equivalente a la de ver un átomo de hidrógeno a la distancia de un brazo, o como dijeron durante la rueda de prensa, “tomarse una cerveza en Múnich y ver las burbujas de la espuma de otra cerveza en Nueva York”. Por una feliz coincidencia, esa es la precisión necesaria para ver un agujero negro según las ecuaciones de Albert Einstein, el primero en plantear la posibilidad de la existencia de estos monstruosos objetos astronómicos.  

La clave para conseguir estas imágenes es una técnica llamada interferometría de muy larga base (VLBI, por sus siglas en inglés), que consiste en la observación de un objeto celeste simultáneamente con un conjunto de radiotelescopios. La radiación del objeto observado es recibida en instantes ligeramente diferentes en cada telescopio, según su posición en la Tierra. 

Los radioastrónomos llevan décadas utilizando esta técnica, pero nadie antes del anuncio de 2019 había conseguido una VLBI con la potencia necesaria como para retratar un agujero negro supermasivo. Ha sido necesario un cuarto de siglo para refinar y mejorar la VLBI para que funcionara en longitudes de onda cortas hasta la banda de un milímetro, en la que se consigue la mayor resolución. 

Uso de Superordenadores

Cuando se observa algo con una escala tan enorme como un agujero negro, la observación se convierte en algo parecido a lanzar una lluvia de piedras a un estanque, en la que las ondas del agua interactúan entre sí y cambian el patrón de forma compleja. 

Por eso, los científicos del EHT instalaron relojes atómicos en cada telescopio, ya que son dispositivos tan fiables y precisos que sólo pierden 1 segundo en 10 millones de años y permiten señalizar las observaciones con marcas de tiempo exactas. Pero aún así, había muchos obstáculos que superar.

"Obtener la imagen de Sagitarus A* ha sido mucho más difícil que la de M87", reconoció José Luis Gómez. “La línea de visión hacia el centro de nuestra galaxia está oscurecida por materia, sobre todo por las ondas que genera la zona donde se encuentra el agujero negro. Sgr A* es mil veces más pequeño que el agujero negro de M87, lo que significa que el tiempo que tarda el gas en orbitar un ciclo en este nuevo agujero sólo dura unos minutos, mientras en el otro lleva días o semanas. Eso significa que el gas no paraba de cambiar mientras lo observábamos. Era como intentar conseguir una foto nítida de un niño corriendo por la noche con la cámara del móvil”. 

Una vez hechas las observaciones, los investigadores enviaron los discos duros con 6.000 terabytes de datos a superordenadores llamados “correlacionadores”, situados en el Instituto Max Planck de Radioastronomía de Bonn y el Observatorio Haystack del MIT, cerca de Boston. Allí, a través de un gran número de complejas operaciones de análisis a cargo de algoritmos específicamente programados para la tarea, se combinaron las observaciones de los distintos emplazamientos, alineándolas con una precisión de trillonésimas de segundo gracias a la precisión de los relojes atómicos. 

Partiendo de las observaciones de los diferentes radiotelescopios, los superordenadores se encargaron de generar decenas de millones de imágenes de Sgr A*.  Todo ese material se fue refinando hasta conseguir la imagen más precisa y nítida posible del agujero negro. “Cada una de esas imágenes es ligeramente diferente de las demás, pero agregándolas todas juntas hemos sido capaces de enfatizar los aspectos comunes para obtener, finalmente y por primera vez, una imagen del gigante que se encuentra en el centro de nuestra galaxia”, concluyó el científico español.

Por qué se ve borroso

Un agujero negro es un objeto del que ni siquiera la luz puede escapar y que, por lo tanto, se considera invisible. Lo que representan las imágenes del EHT es la sombra del agujero. De hecho, las imágenes no pueden ser consideradas fotografías, sino información recuperada y transpuesta en datos visuales con la ayuda de sofisticados sistemas de calibración e imagen.

Además, todo objeto masivo tiene lo que se conoce como lente gravitacional, lo que implica que la luz que tiene detrás se curva y crea un anillo de imágenes distorsionadas. Los telescopios del EHT apuntaron hacia ese anillo y registraron esos datos distorsionados, que luego tuvieron que ser reconstruidos gracias a los algoritmos y los superordenadores.

Los científicos del EHT sostienen que la resolución de su telescopio conjunto es tres millones superior a la agudeza visual de nuestros ojos. Es decir, que se podría leer la fecha de una moneda a una distancia como la que hay entre Los Ángeles y Nueva York. Pero el problema es que la moneda es en sí borrosa, por lo que se necesita un tiempo de exposición muy largo, y además no se está quieta. Por eso con la tecnología actual es prácticamente imposible obtener una imagen más nítida de un agujero negro. 

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