El pasado 10 de abril, en una serie conferencias de prensa simultáneas alrededor del mundo, la colaboración científica Event Horizon Telescope (EHT) anunció lo que, sin lugar a duda, es uno de los logros científicos más importantes de las últimas décadas, acaso comparable con la detección de ondas gravitacionales por parte de la colaboración científica LIGO en 2015. Tal como lo expresara Sheperd Doeleman, director del proyecto EHT, lo que él y su equipo lograron observar es “la primera fotografía tomada de un agujero negro”. 

Pero... ¿qué son los agujeros negros?

Los agujeros negros son astros con una gran densidad de masa y energía, lo que genera un enorme campo gravitatorio en su superficie. Este campo es tan intenso que absolutamente nada, ni siquiera la luz, puede escapar de sus garras. Todo lo que cae en el interior de un agujero negro está condenado a no salir jamás de allí. Debido a esto, para un observador que se encuentre afuera de él, el astro luce completamente oscuro, ya que ningún tipo de luz, radiación o de materia puede escapar de su interior.

Esto presupone una dificultad evidente a la hora de observarlos: ¿Cómo es posible ver un agujero negro si, por definición, es invisible? La respuesta a esta pregunta es, sin embargo, simple: uno infiere la existencia de los agujeros negros no por su detección directa sino por la observación de los curiosos y brutales fenómenos físicos que ocurren en sus inmediaciones. Violentos remolinos de plasma y chorros de energía expulsados hacia el espacio intergaláctico son la rúbrica inconfundible de la presencia de estos astros tanto en nuestra galaxia como en las otras.   

Desde la década de 1970s, y con mayor precisión en las últimas tres décadas, se ha recopilado evidencia inobjetable de la existencia de los agujeros negros. Se han visto los remolinos de materia en torno a ellos, denominados "discos de acreción"; se han visto también los chorros de materia y energía que estos astros producen; se han tomado películas de órbitas de estrellas en torno a nuestro oscuro y silente centro galáctico; se han detectado las ondas gravitacionales generadas en los coches de pares de agujeros negros.

Todas estas evidencias, junto a otros fenómenos físicos como los cuásares, no dejan lugar a dudas de que los agujeros negros existen. Aun así, había algo que, hasta la semana pasada, jamás había sido observado: la fotografía de un agujero negro. Es esto lo que EHT logró. 

Una imagen de lo invisible

La imagen tomada por EHT es la sombra del agujero negro supermasivo que habita en el corazón de la galaxia supergigante Messier 87, ubicada en la constelación de Virgo, a más de 53 millones de años luz de nosotros. La fotografía adquirida por la EHT muestra la silueta oscura de un enorme astro recortada sobre la luz que viene de atrás de él. Dicho astro tiene una masa de más de 6 mil millones de soles como el nuestro y un tamaño comparable al de nuestro sistema solar. Sin lugar a duda, un agujero negro.

A pesar de su gran tamaño, el agujero negro observado por EHT luce desde la tierra como una pequeñísima imagen. Esto se debe a que, aunque sus varios miles de millones de kilómetros de diámetro puedan parecernos mucho, no son nada en comparación con los 53 millones de años luz que nos separan de él. Así, el ángulo de visión de la imagen vista desde la Tierra es tan solo de unas pocas decenas de microsegundos de arco, lo que equivale a ver una manzana en la superficie de la luna o, si se quiere, a ver un átomo a un metro de distancia. La observación de la imagen de este agujero negro representa un logro sin precedentes.  

¿Un telescopio del tamaño de la Tierra?

La imagen se observó en lo que se denomina radiofrecuencia; es decir, corresponde a una frecuencia (un color) de la luz que no es visible por nosotros sin la ayuda de radiotelescopios. Es una frecuencia comparable a la de las ondas de radio, entre unos 200 y 350 Giga Hertz.

Para lograr una imagen nítida a tal frecuencia es necesario un radiotelescopio de tamaño titánico. Esto es porque, debido a la naturaleza ondulatoria de la luz y de toda la radiación electromagnética, toda observación astronómica presupone una distorsión de la imagen. Tal distorsión sólo se ve atenuada si uno amplía el tamaño del telescopio (en relación a la longitud de onda de la luz observada).

Si uno hiciera los cálculos para determinar cuál sería el tamaño necesario del radiotelescopio para observar el agujero negro de Messier 87, encontraría un resultado sorprendente: ¡El radiotelescopio debería ser del tamaño de nuestro planeta Tierra! 

Por supuesto, uno no puede construir un radiotelescopio del tamaño de nuestro globo terráqueo. Lo que sí puede hacer, sin embargo, es aunar fuerzas y emplear varios radiotelescopios en diferentes partes del mundo y sincronizarlos para formar una única imagen. Así, el proyecto EHT consiste en un arreglo de radiotelescopios en distintas partes del planeta: en la Antártica, Arizona, California, Chile, España, Hawai. Sincronizar los radiotelescopios para obtener la imagen del agujero negro demandó de una tecnología sin precedentes, que involucró relojes atómicos, sistemas de refrigeración criogénica, sofisticados sistemas de adquisición de datos, y no menos complejos algoritmos de procesamiento de esos datos.

Un elemento igualmente importante es la suerte, ya que las condiciones meteorológicas deben confabular para que todos los observatorios, en las distintas partes del mundo, puedan tomar una imagen clara.

El trabajo de miles de científicos, más de una década de preparación y dos años de análisis de imágenes resultó finalmente en la obtención de la imagen que vemos en la figura: la primera imagen tomada de un agujero negro o, mejor dicho, de su sombra. Esta es la prueba más contundente de la existencia de estos gigantes y es el inicio de una nueva era en la astrofísica relativista. 
 

* Profesor de la Universidad de Buenos Aires e Investigador Principal del CONICET.