El objeto más grande en nuestro cielo nocturno, ¡con diferencia! Es invisible para nosotros. El objeto es el Agujero Negro Supermasivo (SMBH) en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, llamada Sagitario A. Pero pronto podremos tener una imagen del horizonte de eventos de Sagitario A. Y esa imagen puede plantear un desafío a la Teoría de la relatividad general de Einstein.
Nadie ha visto nunca el horizonte de eventos de un agujero negro. El intenso tirón gravitacional evita que se escape cualquier cosa, incluso la luz. El horizonte de eventos es el punto de no retorno. No importa, no hay luz, y ninguna información puede escapar. Pero podemos estar cerca de obtener una imagen del horizonte de eventos de Sagitario A, gracias al Event Horizon Telescope (EHT).
El EHT es una colaboración internacional diseñada para investigar el entorno inmediato de un agujero negro. No es un solo telescopio, sino un sistema vinculado de radiotelescopios en todo el mundo, todos trabajando juntos usando interferometría. Al medir la energía electromagnética de la región que rodea el agujero negro con múltiples antenas de radio en múltiples ubicaciones, se pueden derivar algunas de las propiedades de la fuente.
Los investigadores del EHT esperan que sus observaciones eventualmente proporcionen imágenes de los intensos efectos gravitacionales que esperamos ver cerca del agujero negro. También esperan detectar algunas de las dinámicas en el trabajo cerca del agujero a medida que la materia en órbita en el disco de acreción alcanza una velocidad relativista.
El proyecto EHT reunió datos sobre Sagitario A, y otro agujero negro llamado M87 en el centro de la galaxia Virgo A, durante un período de cuatro años. Los cuatro años terminaron en abril de 2017, pero el equipo de 200 científicos e ingenieros aún está analizando los datos. Mientras tanto, el equipo ha lanzado imágenes de modelos de computadora de lo que esperan ver.
La imagen puede no parecer mucho, pero es significativa. Es el equivalente a leer el titular de un periódico en la luna mientras está de pie en la Tierra. La imagen puede ayudarnos a responder algunas preguntas confusas sobre los agujeros negros:
- ¿Qué papel jugaron los agujeros negros en la formación de galaxias?
- ¿Cómo se ven la luz y la materia cuando caen hacia un agujero negro?
- ¿De qué están hechas las corrientes de energía que salen de los agujeros negros?
También existe la posibilidad de que la imagen que EHT produce de Sagitario A signifique que la Teoría de la Relatividad General de Einstein deberá actualizarse. (Aunque generalmente es una mala idea apostar contra Einstein).
Agujeros negros y el horizonte de eventos
Los agujeros negros son básicamente el cadáver de una estrella. Cuando una estrella muy masiva quema todo su combustible, se derrumba en un punto extremadamente denso o singularidad. El agujero negro tiene un tirón gravitacional increíblemente poderoso, que atrae gas y polvo hacia él. Una vez cada 10.000 años más o menos, Sagitario A incluso consume una estrella.
El horizonte de eventos es como un caparazón alrededor del agujero negro. Una vez que cualquier asunto, o incluso la luz, llega al horizonte de eventos, se acaba el juego. El agujero negro crece en tamaño a medida que consume materia, y el horizonte de eventos también se expande.
Sagitario A, nuestro propio agujero negro supermasivo (SMBH), es enorme. Tiene una masa 4 millones de veces mayor que el Sol. Pero aun así, no es tan grande en comparación con otros SMBH. El otro SMBH en el proyecto EHT es mucho más grande, con una masa de 7 mil millones de veces la del Sol.
El EHT producirá una imagen del horizonte de eventos al estudiar el área alrededor del agujero negro. Algo le sucede al material cuando cae en el agujero negro. Forma un disco de acreción de remolinos de gas y polvo que básicamente está en un patrón de retención hasta que es absorbido por el agujero. Ese material se acelera a velocidades relativistas, lo que significa cerca de la velocidad de la luz. Cuando eso sucede, el material se sobrecalienta y emite energía.
Pero el agujero negro es tan poderoso gravitacionalmente que dobla esa luz en un fenómeno llamado lente gravitacional. Esta lente crea una región oscura que se llama la sombra del agujero negro. Según la teoría, el horizonte de sucesos debería ser aproximadamente 2,5 veces mayor que la sombra. Entonces, una vez que los científicos tienen una imagen de la sombra, saben el tamaño del horizonte de eventos. El tamaño del horizonte de eventos es proporcional a la masa del agujero negro. Entonces, en el caso de Sagitario A, debería tener unos 24 millones de km (15 millones de millas) de diámetro.
Por lo tanto, no habrá imágenes del agujero negro en sí, pero habrá imágenes de la sombra que proyecta el agujero negro. Científicamente, ese es un gran salto en nuestra comprensión de los agujeros negros. Y en caso de que exista alguna duda sobre la existencia de agujeros negros, la imagen de la sombra proporcionará evidencia sólida de que los agujeros negros están ahí afuera.
El EHT y los Jets
A pesar del tamaño masivo de Sagitario A, es pequeño en el cielo. Es demasiado pequeño para que lo vea un solo telescopio. Por eso se implementó el EHT. Combina 7 radiotelescopios separados alrededor del mundo en un gran telescopio virtual usando una técnica llamada Interferometría de línea de base muy larga (VLBI), algo con lo que los aficionados a la astronomía están familiarizados. El telescopio virtual tiene un poder de resolución mucho mayor que un solo alcance, y permitió a los astrónomos estudiar el área cerca de Sgr. A.
Durante un período de una semana en abril de 2017, el equipo de EHT apuntó sus siete ‘ámbitos a Sgr A, y siete relojes atómicos registraron el momento de la llegada de señales a cada telescopio. Al estudiar y combinar las señales, los científicos pueden crear una imagen de Sgr A. Este es un proceso lento que está en curso.
Los chorros energéticos que salen de la vecindad de un agujero negro son de particular interés para los investigadores. La materia que gira en el disco de acreción de un agujero negro se calienta a miles de millones de grados. Parte entra en el agujero negro, pero no todo.
Los chorros energéticos son la parte que escapa del disco de acreción. Viajan a una velocidad cercana a la de la luz durante decenas de miles de años luz. Los científicos quieren saber más sobre ellos.
Cuando se trata de Sgr. A, no sabemos si hay chorros. No ha sido muy activo en las últimas décadas, por lo que puede que no haya chorros. Pero si están allí, el EHT captará las señales de radio. Entonces podemos obtener respuestas a algunas preguntas fundamentales sobre los jets:
- ¿Cómo comienzan?
- ¿Cómo aceleran a velocidades relativistas?
- ¿Cómo se mantienen bien enfocados?
- ¿De qué están hechos exactamente?
¿La teoría de la relatividad general de Einstein está en problemas?
Probablemente no. Pero hay una posibilidad.
La mayor parte de nuestro Sistema Solar es un lugar de trabajo bastante prosaico. Y de ahí proviene la mayor parte de nuestra evidencia observacional que respalda la Relatividad General. Pero la región que rodea un agujero negro no es un vecindario normal.
Las condiciones allí son extremas. Gravedad intensa, chorros de material sobrecalentado que se mueven cerca de la velocidad de la luz y el horizonte de eventos. Pero en lo que respecta a la relatividad general, se trata principalmente de la gravedad y la luz.
La relatividad general predice que la gravedad del agujero negro curvará el espacio-tiempo y atraerá todo hacia él, incluida la luz. Los datos recopilados por EHT proporcionarán mediciones de este fenómeno que se pueden comparar con las predicciones de Einstein. Si los datos coinciden con las predicciones, Einstein vuelve a ganar.
La relatividad general hace otra predicción: la sombra proyectada por el disco de acreción debe ser circular. Si no es circular, y es más ovoide, entonces las fórmulas en Relatividad general no son completamente precisas.
John Wardle es un astrónomo que ha estado estudiando los agujeros negros durante décadas, cuando todavía eran solo una construcción teórica. Está muy involucrado en el proyecto EHT. Wardle cree que la Relatividad general resistirá esta prueba y que Einstein volverá a ganar. Pero si la Relatividad general falla esta prueba, nos encontraremos en una situación muy difícil y extraña.
"Entonces nos pondremos una camisa de fuerza severa porque no puedes hacer cambios que estropeen todas las otras partes que funcionan", dijo Wardle. "Eso sería muy emocionante".
- Comunicado de prensa de la Universidad de Brandeis: "¿Cómo se ve un agujero negro?"
- Event Horizon Telescope
- Entrada de Wikipedia: interferometría
- Entrada de Wikipedia: Event Horizon
