Revelan la primera imagen del agujero negro en el centro de nuestra galaxia

El corazón de la Vía Láctea es un misterio. Se sabe que en el núcleo de nuestra galaxia hay un agujero negro supermasivo con el peso de cuatro millones de soles. Rodeado por un disco brillante de materia turbulenta, este pozo sin fondo del espacio-tiempo normalmente está oscurecido por un manto de gas, polvo y estrellas en órbita.

No obstante, mediante una red global de telescopios los científicos finalmente han conseguido mirar directamente al corazón de la galaxia y hoy revelaron la primera imagen de la silueta de este agujero negro. Las observaciones, tomadas en el 2017, se describieron en un conjunto de artículos científicos publicados esta semana en Astrophysical Journal Letters.

“Hoy, el Event Horizon Telescope tiene el agrado de compartir con ustedes la primera imagen directa del gigante dormido en el centro de nuestra galaxia: Sagitario A*”, anunció Feryal Ozel, de la Universidad de Arizona, durante una conferencia de prensa anunciando el logro. “Lo conocí y me enamoró hace 20 años y desde entonces no he dejado de tratar de entenderlo, pero hasta ahora no habíamos tenido una imagen directa confirmando que Sagitario A* era efectivamente un agujero negro”.

La imagen muestra un anillo distorcionado de material radiante que envuelve un pozo de oscuridad: la sombra del agujero negro conocido como Sagitario A*. La imagen se arrastra hasta el horizonte de sucesos del agujero negro, el punto de no retorno más allá del cual las estrellas, los planetas, el polvo e incluso la luz se pierden para siempre.

Los más de 200 científicos que colaboraron globalmente para lograr esta imagen llamaron a su proyecto Event Horizon Telescope. En 2019 habían revelado una imagen de aspecto similar de un gigantesco agujero negro en el corazón de M87, una galaxia a 50 millones de años luz de distancia. Esa imagen permitió observar directamente y por primera vez la sombra de un agujero negro. Ambas imágenes se realizaron combinando datos de ocho observatorios de todo el mundo, lo que convirtió a la Tierra en un gran telescopio.

Con esta segunda imagen de un segundo agujero, los científicos pueden continuar estudiando si la física tal como la conocemos, y en particular, la teoría de la relatividad general de Einstein, se mantiene en el entorno extremo que rodea a un agujero negro supermasivo. Y al comparar estas nuevas observaciones con las de M87, los investigadores pueden aprender más sobre cómo se comportan los agujeros negros de diferentes masas.

(Te puede interesar: Un agujero supermasivo vuelve a reivindicar a Einstein)

“Pensé mucho en este agujero negro mientras cursaba mi doctorado”, señala Sera Markoff, de la Universidad de Ámsterdam . “Trabajas en algo, pero es muy abstracto, y de repente es como... ahí está. Estás mirando el agujero negro”.

Un telescopio del tamaño del mundo

En abril de 2017, los científicos apuntaron radiotelescopios desde ocho observatorios al corazón de nuestra galaxia. Dispersos desde Hawái hasta España y el Polo Sur, cada uno de los telescopios observó a Sagitario A* a medida que la rotación de la Tierra lo ponía a la vista. Una vez que se recopilaron las observaciones, el equipo combinó los datos de cada telescopio, utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga y utilizó los datos para trabajar en la generación de la imagen.

Hacer una imagen de Sagitario A* no fue tan sencillo como crear una para el agujero negro supermasivo de M87, que se observó durante la misma campaña. A unos 26.000 años luz de distancia, Sagitario A* puede ser el objeto más masivo de la galaxia, pero es bastante pequeño en lo que respecta a los agujeros negros supermasivos: aproximadamente 1/1500 de la masa del agujero negro central de M87. 

Si el agujero negro M87, cuya masa equivale a la de 6.500 soles, se dejara caer en el centro del sistema solar, destruiría todo en un radio de 130 veces la distancia del Sol que la Tierra. Sagitario A*, por otro lado, ni siquiera llenaría la órbita de Mercurio.

Sagitario A* también está muy oscurecido por el polvo y el gas en el centro de la Vía Láctea y el entorno local es increíblemente variable (arremolinado, turbulento, llameante), lo que dificulta combinar las observaciones en una sola imagen. “Las cosas alrededor de los agujeros negros más pequeños se mueven más rápido”, afirma el astrofísico de la Universidad de Arizona Dimitrios Psaltis . “Nos preocupaba que el plasma alrededor del agujero negro no se quedara quieto durante las ocho horas que tarda la Tierra en girar y permitirnos tomar una imagen”.

Sin embargo, al final, Sagitario A* cooperó con la realización de su retrato.

Te puede interesar este video:

El pozo en el centro de la galaxia

La nueva imagen revela algunos detalles clave sobre el drenaje gravitacional en el centro de nuestra galaxia, incluida su orientación de giro, lo que sugiere que el agujero negro apunta casi directamente a la Tierra. También se encontró que su masa era consistente con estimaciones previas realizadas a partir del estudio de estrellas que orbitan alrededor del agujero negro. 

De manera un tanto desconcertante, los datos también muestran que este agujero negro supermasivo no parece estar lanzando un chorro de partículas al cosmos, que es una característica relativamente común de tales objetos, incluido el agujero negro de M87.

“Así que ahora hay un debate en curso: ¿Es posible que Sagitario A* esté lanzando un chorro de partículas, pero es difícil de ver en el entorno complicado porque es muy pequeño y débil?” pregunta Markoff. “Por todo lo que estamos viendo, nuestros modelos predecirían que sí habría un chorro”.

En cuanto a los agujeros negros supermasivos, Sagitario A* es el objeto más desnutrido que pudo observar este proyecto colaborativo mundial. En lugar de devorar furiosamente cualquier cosa que se acerque demasiado, está inactivo, arreglándoselas con bocados de viento estelar liberados por estrellas cercanas, robando suficientes migajas para formar un anillo visible. Aun así, múltiples líneas de evidencia sugieren que Sagitario A* ha sido mucho más activo en el pasado.

“Sabemos que los agujeros negros pasan por ciclos de actividad. Vemos esto explícitamente cuando observamos agujeros negros supermasivos en cúmulos de galaxias”, afirma Markoff. “Podemos ver las burbujas que soplan durante sus ciclos activos en el gas circundante y parecen soplar estas burbujas cada 100 millones de años más o menos. Así que hay un interruptor de encendido y apagado”.

Estos ciclos de quietud y actividad de Sagitario A* han dejado huellas en las moléculas del medio interestelar que sugieren que su actividad varía, al menos moderadamente, en escalas de tiempo de milenios o incluso siglos. Y aunque los científicos saben que la actividad de un agujero negro varía según la cantidad de material que consume, no está claro cómo funciona ese proceso. 

Una de las formas en que los astrofísicos y los científicos están desenredando la caótica vorágine que envuelve a Sagitario A* es comparándolo con el Sol. El Sol tiene una masa significativamente menor, pero su turbulencia burbujeante, campos magnéticos retorcidos, destellos, erupciones y gases abrasadores podrían ayudar a los astrónomos a aprender más sobre la física alrededor de los agujeros negros supermasivos.

“Por supuesto que es un régimen más extremo”, dice Markoff. "Pero lo que encuentro increíble es que mucho de lo que hemos aprendido de la física solar se puede aplicar de muchas maneras a los agujeros negros; de hecho, hemos tomado prestadas algunas técnicas".

Todas las formas y tamaños

Los científicos ahora esperan que aprender más sobre M87 y Sagitario A*, sus similitudes y diferencias, les ayude a comprender mejor una población más amplia de agujeros negros. Si las teorías se sostienen para objetos de tamaños tan diferentes, los científicos pueden estar más seguros de que esas teorías explican con precisión los objetos que no se pueden ver con tanta claridad. 

“La verificación es realmente muy difícil en nuestro campo. Normalmente no podemos volar a un agujero negro y decir: Oye, ¿es esto realmente lo que está pasando? Pero eso es más o menos lo que pudimos hacer aquí”, señala Markoff. 

Los dos agujeros negros también están permitiendo a los físicos poner a prueba la teoría de la relatividad general de 1916 de Albert Einstein. Los agujeros negros son una de las predicciones de la teoría y un resultado con el que el propio Einstein se mostró escéptico. Pero aparte de algunos misterios dentro del reino cuántico, la relatividad general parece mantenerse hasta ahora, incluso en entornos astrofísicos extremos donde los científicos podrían esperar que se rompa.

“Si tomas dos cosas en el universo que tienen una diferencia de masa de 1.500, no se ven iguales: toma un planeta gigante y un asteroide pequeño, toma una galaxia grande y una galaxia pequeña, una hormiga y un elefante, una roca pequeña y una montaña”, dice Psaltis.

“Todas las teorías del mundo tienen una escala y cuando cambias de una escala a otra, se ven diferentes. Excepto por la relatividad general. Es la única teoría que no tiene escala. Puedes mirar a los más pequeños y a los más grandes y se comportan exactamente de la misma manera”.