Los agujeros negros han sido imaginados, ilustrados y hasta simulados en la ciencia y en la ciencia ficción. Ahora, con la primera imagen de la sombra de uno de estos “monstruos” espaciales tomada de la realidad, se cumple un nuevo hito en la historia de la humanidad. El anuncio de esta observación pionera fue hecho ante el mundo el miércoles 10 de abril. En esta nota, cinco científicos cuentan sus impresiones al respecto.

La primera imagen de un agujero negro obtenida por el proyecto Event Horizon Telescope (EHT) está recorriendo con velocidad los medios de comunicación y redes sociales en el planeta Tierra. Hay asombro y fascinación en los ciudadanos, y también en la comunidad científica. Desde el Área de Comunicación y Prensa del Instituto Balseiro, consultamos a cuatro físicos docentes o egresados del Instituto Balseiro y una astrónoma de la Universidad de La Plata para conocer sus impresiones. Salvo Juan Martín Maldacena, que participa en esta nota desde los Estados Unidos, todos los demás, investigadores del Conicet, lo hacen desde sus lugares de trabajo en Bariloche y La Plata.

El logro de obtener la primera “foto” de un agujero negro es el resultado del trabajo en equipo de 200 científicos de distintos países. Este aporte significa, a la vez, una nueva confirmación de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. El anuncio, que fue realizado en seis conferencias de prensa realizadas simultáneamente el miércoles 10 de abril, coincide con el aniversario N.º 100 de la confirmación observacional de una predicción de la teoría de Einstein.

Con todo, ¿qué son los agujeros negros? Son objetos que, por su gigantesca concentración de masa, curvan el espacio-tiempo de tal manera que todo lo que está cerca sucumbe a su “voracidad”, incluyendo la luz. Por eso, la imagen que se presentó al mundo muestra en realidad la sombra de esa frontera entre el afuera y el adentro de un agujero negro, al que se le llama horizonte de sucesos.

Se acabó el misterio: la ciencia consiguió la foto que faltaba

Por primera vez se logró capturar una imagen rotunda y milimétrica de un agujero negro. Para cumplir con el objetivo se requirió de la combinación de la potencia de ocho radiotelescopios desperdigados por el mundo, una gran inversión de dinero y más ...

El agujero negro en cuestión fue observado en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), en la constelación de Virgo, a 55 millones de años luz de la Tierra. Tiene una masa 6.500 millones veces más grande que la del Sol. Para observarlo, se utilizó una red mundial de ocho telescopios distribuidos en distintos lugares de altas altitudes en el planeta Tierra, que conforman  en conjunto el “Event Horizon Telescope”. La Antártida, el desierto de Atacama (en Chile), Sierra Nevada (en España), México, Hawaii y Arizona (Estados Unidos) fueron los lugares elegidos, según informó en un comunicado la Comisión Europea.

Miradas científicas de un hito

Ante la consulta por su opinión sobre el anuncio de este hito de la astrofísica, uno de los primeros en responder vía correo electrónico fue Juan Martín Maldacena. “Es interesante que hayan logrado hacer la imagen y que esté de acuerdo con lo que se espera debido a un agujero negro”, dice Maldacena, que es egresado de la Licenciatura en Física del Instituto Balseiro y profesor en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.

El físico y astrónomo aficionado Guillermo Abramson, que es egresado y docente del Balseiro, expresa: “Es un logro sensacional de la teoría, la computación y la radioastronomía. Durante un siglo soñamos que existían estos agujeros negros, los soñamos y calculamos con nuestras teorías, y tuvimos evidencia indirecta de su existencia. Pero nunca habíamos visto la sombra del horizonte de sucesos, que tenía que existir. Era, por supuesto, extraordinariamente difícil verla, quien no lo haya calculado tal vez no se forma una idea cabal de la dificultad de ver algo tan pequeño y tan lejano. Y ahí lo tenemos”. También destaca que la imagen observada muestra un excelente acuerdo con las simulaciones previas, pero distinta a la vez de las ilustraciones que circularon previamente por los medios de prensa, y que es el comienzo de una nueva rama de la radioastronomía.

Para Anahí Granada, astrónoma por la Universidad Nacional de La Plata e investigadora del Conicet en el Instituto de Astrofísica La Plata (IALP), este logro es clave. “Me parece fascinante, no solamente por el hallazgo en sí, sino por el enorme trabajo que hay detrás de la reconstrucción de esa imagen. ¡Y de toda la información que aún queda por recuperar de las observaciones! Hay mucho más para aprender”, resalta.

Por su parte, Diego Harari, físico del grupo de Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche y docente del Balseiro, destaca lo “fotogénico” que resultó ser el agujero negro de M87. “Había ya mucha evidencia indirecta de que existen agujeros negros muy masivos en el centro de prácticamente todas las galaxias. Esta imagen provee quizás la confirmación más directa posible. No se puede ver un agujero negro, pero vemos en esta imagen la luz que pasó lo más cerca posible”, expresa el investigador del Conicet. Destaca que es estimulante lo que seguramente se seguirá aprendiendo de estos objetos con imágenes de aún mayor resolución en el futuro, que permitirán explicar en más detalle cómo estos agujeros negros potencian la emisión de gigantescos “chorros” de materia en las galaxias activas.

Su colega en el mismo grupo de investigación, Diego Mazzitelli, observa que es un logro tecnológico notable y asombroso que se haya podido observar la sombra del agujero negro de una galaxia que está a unos 50 millones de años luz. “Desde el punto de vista de la física, es otra confirmación importantísima de la teoría de la relatividad general. Un detalle interesante es que, por la deflexión de la luz que produce el agujero negro, la sombra producida es unas 2,5 veces más grande que su tamaño”, dice el investigador del Conicet. Y agrega: “Como el tamaño puede estimarse a través de sus efectos gravitacionales, la observación de la sombra da una confirmación adicional a la deflexión gravitacional de la luz, que fue observada por primera vez por Eddington justo hace cien años”.

Sin equipo no hay ciencia

El anuncio a nivel mundial de este logro científico y tecnológico fue acompañado por la publicación de una serie de seis artículos científicos o papers en la revista The Astrophysical Journal Letters. Uno de los representantes del equipo internacional EHT, Heino Falckle, de la Radboud University de Bélgica y consejero científico del EHT, comentó que el agujero bajo observación, en la galaxia M87, está inmerso en una región muy brillante. Por lo tanto, ese agujero negro creó una región oscura similar a una “sombra”, generada a su vez por la curvatura gravitacional y la captura de la luz por el horizonte de sucesos. Todo esto se logró gracias a un trabajo en equipo.

Entonces, ¿por qué es tan importante en la astronomía y la astrofísica, además de en otras ramas de la ciencia y la tecnología, que se realicen colaboraciones internacionales? Esa pregunta fue realizada a los cinco científicos que participan en esta nota. “En este caso, es importante que se haya realizado una colaboración, ya que hacen falta radiotelescopios que estén bastante separados entre sí”, plantea Juan Martín Maldacena.

“Para observar un objeto tan pequeño, quiero decir pequeño en el cielo, porque es lejanísimo, aunque el agujero negro sea gigante, es como ver un pelo a mil kilómetros, se necesita un telescopio del tamaño de la Tierra. Por esta razón, solo pudo hacerse gracias a esta colaboración. No hay otra manera de hacerlo. ¿Podrán lograr una imagen de mejor resolución, ‘más enfocada’? Seguramente sí, usando longitudes de onda menores y radiotelescopios espaciales. ¿Se imaginan con un radiotelescopio en la Luna?”, opina Abramson, que es también divulgador científico y edita su propio blog de astronomía (guillermoabramson.blogspot.com).

La astrónoma barilochense Anahí Granada observa: “Descubrimientos como este no pueden realizarse por unos pocos científicos o incluso por un solo país. Como se necesita utilizar instrumentos ubicados en diferentes puntos del planeta y se requieren muchísimos recursos humanos para observar, procesar, calibrar y analizar los datos, solamente puede encararse un proyecto tan ambicioso a través de este tipo de colaboración internacional. Los esfuerzos en conjunto permiten revolucionar el conocimiento existente”.

Para Diego Harari, que es doctor en Física por la UBA y coautor con Mazzitelli del libro 100 años de relatividad (Eudeba), se trata de un logro científico-tecnológico espectacular haber alcanzado la resolución angular necesaria para obtener esta imagen. “Es como poder leer desde la Tierra la patente de un auto en la luna. Esto fue posible combinando telescopios a lo largo de todo el planeta, ejemplo valioso de colaboración internacional. En este caso, no para construir un instrumento cuyo costo y complejidad supera lo que individualmente cada país pueda hacer, sino para combinar, de manera no trivial, el uso de instrumentos existentes”, expresa.

Mazzitelli, que es profesor titular de la materia Relatividad General en el Instituto Balseiro, agrega: “Es también remarcable que en pocos años se produjeron confirmaciones independientes de la teoría de la relatividad general, esperadas desde hace mucho tiempo: en 2016, se produjo la observación directa de ondas gravitacionales; ahora, la observación directa de un agujero negro. En ambos casos, solo existía evidencia indirecta a través de sus efectos gravitacionales. En ambos casos, observaciones más detalladas en los próximos años darán muchísima información sobre los campos gravitacionales intensos”.

Si Einstein viviera

Luego de realizar observaciones en abril de 2017 durante una ventana de 10 días, utilizando una técnica que se llama interferometría de muy larga base (VLBI, por sus siglas en inglés), la red de telescopios participantes del proyecto EHT arrojó un gran caudal de datos que tuvieron que ser procesados para reconstruir la imagen de la “sombra” del agujero negro de M87. La técnica utilizada aprovecha la rotación de la Tierra para formar un “gran telescopio” que logra “observar” ondas de radio de 1,3 mm, según informa un comunicado de prensa del EHT (ver subnota: “Una ingeniera que se hizo viral en las redes”). Además, consigue una gran resolución angular de 20 microsegundos de arco, resolución que permitiría a una persona que está en Bariloche leer en detalle un libro que está en el DF mexicano.

Ahora bien, muchos se preguntan qué diría Albert Einstein acerca de esta nueva hazaña. “Debería haber tomado los agujeros negros más seriamente... Porque pensó que eran idealizaciones matemáticas sin un significado físico”, opina Maldacena desde Princeton. Agrega que un dato interesante es que el agujero negro de M87 estaría rotando, y que la solución de un agujero negro que rota la encontró Roy Kerr en 1963. “Esto muestra que no se trata solo de las ecuaciones de Einstein, sino de mucho trabajo posterior para resolver las ecuaciones y encontrar su interpretación física”.

Tanto Abramson como Granada admiten que no saben qué diría Einstein. “Pero estaría muy contento porque lo que se observa es exactamente lo que cabía esperar”, observa Abramson. Por su parte, Granada dice: “Con este hallazgo, estaría muy contento de ver cómo la comunidad científica puede unirse para lograr objetivos que parecían imposibles de realizar hasta hace no mucho tiempo”.

“Probablemente, Einstein se sorprendería de que 100 años después se sigan verificando predicciones de su teoría y no haya observaciones que requieran modificarla. Hace justo 100 años se confirmó con observaciones durante un eclipse que la trayectoria de la luz de una estrella se desvía, muy poco, de la línea recta al pasar cerca del Sol”, dice Harari. Y agrega: “En la imagen de M87, ese mismo efecto alcanza su máxima expresión. La luz puede incluso orbitar alrededor del agujero negro como lo haría un planeta. Quizás Einstein estaría también sorprendido de que los agujeros negros sean una realidad y no solo una posibilidad matemática en su teoría”.

Mazzitelli ahonda, en sintonía con lo expresado por sus colegas: “Sobre este punto, quisiera mencionar que, si bien la solución matemática a las ecuaciones de Einstein que describe a los agujeros negros se conocía desde 1916, a partir de la solución de Schwarzschild, su relevancia física no fue clara hasta la década del 60. De hecho, recién cuando se comenzó a entender el significado de la solución se empezó a usar el nombre de ‘agujero negro’, con J.A. Wheeler en 1967. Así que este descubrimiento sería seguramente doblemente sorprendente para Einstein, ya que los avances teóricos fueron posteriores a su fallecimiento”.

Así, esta primera imagen de la “sombra” de un agujero negro sigue circulando, para sorpresa y fascinación públicas, por las pantallas del mundo entero. En la imagen, se puede observar un agujero negro casi circular rodeado de la luz emitida por el plasma circundante, allá en la galaxia M87. Quizás no sea una imagen espectacular como las que se ven en las grandes películas de ciencia ficción al estilo Star Trek, pero tiene el gran mérito de ser una imagen real. La primera de muchas, muchas más.