Agujeros negros: de la ficción a una histórica imagen que le vuelve a dar la razón a Einstein

Hace unos cinco años, gracias al director de cine Christopher Nolan, el mundo conoció una de las representaciones más fieles de un concepto cada vez más usual en el vocabulario popular: los agujeros negros. Nolan, célebre por la trilogía de Batman, el caballero de la noche, se había aliado con Kip Thorne, uno de los pesos pesados de la astrofísica, para recrear con precisión esos cuerpos que Albert Einstein predijo en su teoría de la relatividad. Cerca de 30 expertos en computación habían ayudado a traducir en imágenes los complejos modelos matemáticos que habían desvelado a los científicos por décadas. El resultado lo había resumido Thorne en una entrevista a la Warner Bros: “Los agujeros negros jamás han aparecido en una película de Hollywood con el aspecto que deberían tener. Es la primera vez que esa representación se ha creado usando las ecuaciones de la relatividad general”. (Lea ¿Cómo fue posible tomarle una foto a algo de lo que ni siquiera escapa la luz?)

Thorne, ganador del Premio Nobel de Física en 2017, no había ocultado su alegría tras haber logrado esas animaciones. Uno de los conceptos teóricos más populares había cobrado una forma física gracias a la magia de la ficción y eso merecía todos los aplausos. Lastimosamente, era solo eso: una construcción basada en teoría, ecuaciones y matemáticas. Por ese motivo, la primera imagen real de un agujero negro, presentada ayer en seis ruedas de prensa de forma simultánea, capturó la atención del planeta entero. “Maravilloso” fue el mejor adjetivo que encontró Thorne esta vez para describir a The New York Times ese hito que aglutinó a más de 200 científicos de todos los continentes. (Lea ¿Qué revela la primera imagen de un agujero negro?)

Los divulgadores del Observatorio ALMA, en Chile, resumieron en un párrafo lo que significa esa histórica imagen. “La información que contienen estos datos para entender los agujeros negros es inmensa, y cambiarán para siempre nuestra forma de ver estos objetos. Parece ciencia ficción, pero no lo es, es algo mucho mejor. Es ciencia en estado puro”, advirtieron en Twitter, mientras la tendencia #BlackHole intentaba competir, en Colombia, contra los resultados de la encuesta del Partido Verde y la desfachatez de Donald Trump.

Este observatorio, ubicado en el desierto de Atacama, uno de los más áridos de la Tierra, forma parte de la gran colaboración que permitió esa “fotografía” de tonos rojizos que ayer le dio la vuelta al mundo. “Telescopio Horizonte de Sucesos” (EHT), fue el nombre con el que bautizaron ese esfuerzo al que se sumaron, en total, ocho radiotelescopios ubicados en Hawái (EE. UU.), la Antártida, Arizona (EE. UU.), España y México.

Los días 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, todos ellos apuntaron con una precisión inimaginable a un par de agujeros negros. Uno de ellos estaba en la galaxia Messier 87, a 55 millones de años luz de la Tierra. Su masa es 6.500 millones de veces más grande que la del Sol, pero a los ojos de los astrónomos representa un objeto diminuto. Es, dijeron ayer en la rueda de prensa, como ver desde alguna ciudad terrestre una tarjeta de crédito olvidada en la Luna.

Pero pese a su distancia y su tamaño, aquella red global de telescopios permitió capturar un “retrato”. “Hemos visto lo que pensábamos que no era visible”, fueron las palabras con las que sintetizó el hallazgo Shep Doeleman, astrónomo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y director del EHT. Los resultados para la comunidad científica los presentaron en la revista Astrophysical Journal Letters. En seis artículos explicaron con detalle qué sucedió después de esos primeros días de abril de 2017.

***

Una de las primeras cosas que aclara Jorge Zuluaga, profesor titular de física de la Universidad de Antioquia, es que esa imagen está lejos de parecerse a una fotografía. Se trata, explica, de una especie de mapa de luz posible a esta red de radiotelescopios. “Es como ver un átomo en un dedo. Es algo asombroso, increíble”.

A lo que se refiere Zuluaga es que estos sofisticados artefactos en realidad no capturaron imágenes sino de ondas de radio invisibles al ojo humano. Captarlas solo fue posible gracias a la combinación de la señal de todos los radiotelescopios y su gran poder de resolución. "Interferometría", es como conoce a esa técnica. De hecho, fueron necesarios tres programas de inteligencia artificial para extrapolar los datos que hacían falta para generar aquella histórica "foto".

Hecha esa aclaración, hay otro punto clave para entender qué es ese anillo brillante. Aquella luz que se observa en la imagen divulgada por el EHT no es, en términos precisos, un agujero negro. Como dice Juan Rafael Martínez, astrofísico asociado al Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (EE. UU.), se trata de una suerte de disco de gas que se forma alrededor del agujero negro a medida que este se traga todo lo que encuentra a su paso. Es un disco que gira a gran velocidad y donde se generan temperaturas extremadamente elevadas que producen esa luz que, poco a poco, se deforma en la parte superior, antes de ser absorbida por el potente agujero. La silueta oscura del centro es esa “última sombra” que se puede observar instantes previos a esa desaparición. La “sombra del agujero negro”, la llaman algunos. “El horizonte de sucesos”, es el término que usan los científicos.

Martínez prefiere ser mucho más preciso para evitar confusiones: "Se trata de la sombra del horizonte de sucesos contra el fondo brillante (en ondas de radio) del material que se precipita dentro", dice.

Hay varias razones por las que esa imagen es valiosa. Una de ellas es que además de mostrar cómo luce un agujero negro, confirma, una vez más, que Einstein tenía razón y que su teoría de la relatividad general, propuesta hace más de un siglo, era correcta.

“La imagen es compatible con las simulaciones que se habían hecho. Es compatible con los modelos teóricos”, dice Martínez. “Es lo que esperábamos que fuera”. Su aspecto circular, su asimetría y su borde brillante son algunas de las características que demuestran otro triunfo de Einstein.

El otro motivo por el círculo rojizo representa un hito es porque abre una puerta a un mundo que aún está por descubrir. ¿Cómo son esos discos de gases que giran alrededor de los agujeros negros? ¿A qué velocidad giran? ¿Qué tan anchos son? ¿Qué pasará en el interior de esas regiones cuya gravedad es tan fuerte que nada, ni la luz, puede escapar? son algunos de los interrogantes que siguen inquietando a astrónomos y astrofísicos.

Como reitera Martínez, lo que se presentó ayer muestra que “hemos alcanzado el límite de conocimiento que explicaban nuestras teorías. Es límite de nuestro conocimiento actual. Esta es la muestra de que nuestra tecnología nos da una gran esperanza de lo que podemos hacer cuando se combinan esfuerzos. Es algo sin precedentes”.

Hace unos cinco años, gracias al director de cine Christopher Nolan, el mundo conoció una de las representaciones más fieles de un concepto cada vez más usual en el vocabulario popular: los agujeros negros. Nolan, célebre por la trilogía de Batman, el caballero de la noche, se había aliado con Kip Thorne, uno de los pesos pesados de la astrofísica, para recrear con precisión esos cuerpos que Albert Einstein predijo en su teoría de la relatividad. Cerca de 30 expertos en computación habían ayudado a traducir en imágenes los complejos modelos matemáticos que habían desvelado a los científicos por décadas. El resultado lo había resumido Thorne en una entrevista a la Warner Bros: “Los agujeros negros jamás han aparecido en una película de Hollywood con el aspecto que deberían tener. Es la primera vez que esa representación se ha creado usando las ecuaciones de la relatividad general”. (Lea ¿Cómo fue posible tomarle una foto a algo de lo que ni siquiera escapa la luz?)

Thorne, ganador del Premio Nobel de Física en 2017, no había ocultado su alegría tras haber logrado esas animaciones. Uno de los conceptos teóricos más populares había cobrado una forma física gracias a la magia de la ficción y eso merecía todos los aplausos. Lastimosamente, era solo eso: una construcción basada en teoría, ecuaciones y matemáticas. Por ese motivo, la primera imagen real de un agujero negro, presentada ayer en seis ruedas de prensa de forma simultánea, capturó la atención del planeta entero. “Maravilloso” fue el mejor adjetivo que encontró Thorne esta vez para describir a The New York Times ese hito que aglutinó a más de 200 científicos de todos los continentes. (Lea ¿Qué revela la primera imagen de un agujero negro?)

Los divulgadores del Observatorio ALMA, en Chile, resumieron en un párrafo lo que significa esa histórica imagen. “La información que contienen estos datos para entender los agujeros negros es inmensa, y cambiarán para siempre nuestra forma de ver estos objetos. Parece ciencia ficción, pero no lo es, es algo mucho mejor. Es ciencia en estado puro”, advirtieron en Twitter, mientras la tendencia #BlackHole intentaba competir, en Colombia, contra los resultados de la encuesta del Partido Verde y la desfachatez de Donald Trump.

Este observatorio, ubicado en el desierto de Atacama, uno de los más áridos de la Tierra, forma parte de la gran colaboración que permitió esa “fotografía” de tonos rojizos que ayer le dio la vuelta al mundo. “Telescopio Horizonte de Sucesos” (EHT), fue el nombre con el que bautizaron ese esfuerzo al que se sumaron, en total, ocho radiotelescopios ubicados en Hawái (EE. UU.), la Antártida, Arizona (EE. UU.), España y México.

Los días 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, todos ellos apuntaron con una precisión inimaginable a un par de agujeros negros. Uno de ellos estaba en la galaxia Messier 87, a 55 millones de años luz de la Tierra. Su masa es 6.500 millones de veces más grande que la del Sol, pero a los ojos de los astrónomos representa un objeto diminuto. Es, dijeron ayer en la rueda de prensa, como ver desde alguna ciudad terrestre una tarjeta de crédito olvidada en la Luna.

Pero pese a su distancia y su tamaño, aquella red global de telescopios permitió capturar un “retrato”. “Hemos visto lo que pensábamos que no era visible”, fueron las palabras con las que sintetizó el hallazgo Shep Doeleman, astrónomo del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y director del EHT. Los resultados para la comunidad científica los presentaron en la revista Astrophysical Journal Letters. En seis artículos explicaron con detalle qué sucedió después de esos primeros días de abril de 2017.

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Una de las primeras cosas que aclara Jorge Zuluaga, profesor titular de física de la Universidad de Antioquia, es que esa imagen está lejos de parecerse a una fotografía. Se trata, explica, de una especie de mapa de luz posible a esta red de radiotelescopios. “Es como ver un átomo en un dedo. Es algo asombroso, increíble”.

A lo que se refiere Zuluaga es que estos sofisticados artefactos en realidad no capturaron imágenes sino de ondas de radio invisibles al ojo humano. Captarlas solo fue posible gracias a la combinación de la señal de todos los radiotelescopios y su gran poder de resolución. "Interferometría", es como conoce a esa técnica. De hecho, fueron necesarios tres programas de inteligencia artificial para extrapolar los datos que hacían falta para generar aquella histórica "foto".

Hecha esa aclaración, hay otro punto clave para entender qué es ese anillo brillante. Aquella luz que se observa en la imagen divulgada por el EHT no es, en términos precisos, un agujero negro. Como dice Juan Rafael Martínez, astrofísico asociado al Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (EE. UU.), se trata de una suerte de disco de gas que se forma alrededor del agujero negro a medida que este se traga todo lo que encuentra a su paso. Es un disco que gira a gran velocidad y donde se generan temperaturas extremadamente elevadas que producen esa luz que, poco a poco, se deforma en la parte superior, antes de ser absorbida por el potente agujero. La silueta oscura del centro es esa “última sombra” que se puede observar instantes previos a esa desaparición. La “sombra del agujero negro”, la llaman algunos. “El horizonte de sucesos”, es el término que usan los científicos.

Martínez prefiere ser mucho más preciso para evitar confusiones: "Se trata de la sombra del horizonte de sucesos contra el fondo brillante (en ondas de radio) del material que se precipita dentro", dice.

Hay varias razones por las que esa imagen es valiosa. Una de ellas es que además de mostrar cómo luce un agujero negro, confirma, una vez más, que Einstein tenía razón y que su teoría de la relatividad general, propuesta hace más de un siglo, era correcta.

“La imagen es compatible con las simulaciones que se habían hecho. Es compatible con los modelos teóricos”, dice Martínez. “Es lo que esperábamos que fuera”. Su aspecto circular, su asimetría y su borde brillante son algunas de las características que demuestran otro triunfo de Einstein.

El otro motivo por el círculo rojizo representa un hito es porque abre una puerta a un mundo que aún está por descubrir. ¿Cómo son esos discos de gases que giran alrededor de los agujeros negros? ¿A qué velocidad giran? ¿Qué tan anchos son? ¿Qué pasará en el interior de esas regiones cuya gravedad es tan fuerte que nada, ni la luz, puede escapar? son algunos de los interrogantes que siguen inquietando a astrónomos y astrofísicos.

Como reitera Martínez, lo que se presentó ayer muestra que “hemos alcanzado el límite de conocimiento que explicaban nuestras teorías. Es límite de nuestro conocimiento actual. Esta es la muestra de que nuestra tecnología nos da una gran esperanza de lo que podemos hacer cuando se combinan esfuerzos. Es algo sin precedentes”.