El Telescopio....

 

Escribió: Pedro Saizar en Página 12, Argentina

 

En la constelación de Sagitario yace el corazón de un sistema estelar de un billón (millón de millones) de estrellas, de las cuales nuestro Sol es sólo una. A partir de allí se extienden los blanquecinos brazos de la Vía Láctea, la porción visible desde la Tierra de nuestra propia galaxia.

Aunque la Vía Láctea es conocida desde antiguo, la naturaleza de su centro se comenzó a develar hace alrededor de un siglo atrás, cuando el astrónomo estadounidense Harlow Shapley determinó que se ubicaba a 26.000 años luz del Sol. Desde entonces, los telescopios han escudriñado sistemáticamente esa misteriosa región.

Mientras tanto, en la década de 1960, otros astrónomos que estudiaban galaxias remotas descubrieron algo sorprendente: había objetos que parecían estrellas, pero mostraban características incompatibles con ellas. Las llamaron “objetos cuasi estelares”o, más brevemente, cuásares. Estos objetos se encontraban a distancias muy grandes (en muchos casos, de miles de millones de años luz), y mostraban un peculiar haz luminoso saliendo de su centro. Luego se comprendió que estos “haces” eran en realidad eyecciones de partículas emitidas desde el centro de galaxias muy lejanas y a velocidades cercanas a la de la luz. El objeto que emite esas partículas debía ser realmente poderoso.

Hace unos cuarenta años, el astrónomo Martin Rees propuso por primera vez la idea de que los centros de las galaxias podrían contener un gigantesco agujero negro. Las décadas pasaron y su idea se vio confirmada por numerosos estudios. Sin embargo, aún hoy, se sabe muy poco de estos objetos.

 

Agujeros negros supermasivos

Algo que se sabe es que un agujero negro es el resultado del colapso de una enorme cantidad de materia en un espacio diminuto. Imagine, por ejemplo, a toda la Tierra metida adentro de una uva y tendrá una representación de lo “apretado” que puede estar adentro de un agujero negro. Esta situación no se puede dar realmente para nuestro planeta; ni siquiera para el Sol. Pero cuando un astro supera tres veces la masa del Sol y colapsa, no hay fuerza conocida capaz de detenerlo. El colapso continúa hasta que se convierte en un agujero negro.

¿Por qué negro? Para entenderlo, recordemos los impactantes despegues de las naves espaciales. Ellas necesitan alcanzar una gran velocidad (de unos 40.000 km/hora), para escapar de la gravedad terrestre. La velocidad de escape de la superficie de un agujero negro es igual a la velocidad de la luz, de modo que ningún objeto conocido, ni siquiera la luz, puede abandonarlo y por eso son tan irremediablemente oscuros.

Sin embargo, un agujero negro puede atraer (más bien, deberíamos decir “devorar”), estrellas o cualquier cosa que le pase lo suficientemente cerca. En el camino, el astro será completamente destruido y el material, transformado en multitud de átomos esparcidos sobre un extenso disco en torno del agujero negro, coalescerá sobre éste a velocidades fantásticas. Al hacerlo, el material del disco genera radiación, que los astrónomos aspiran a detectar y estudiar en detalle.

Las investigaciones realizadas desde los tiempos de Rees han permitido medir algunas propiedades de los agujeros negros galácticos. Y actualmente se cree que no sólo las galaxias activas poseen a estos peculiares residentes. Nuestra galaxia y muchas otras grandes galaxias también los tendrían.

Las estimaciones indican que los agujeros negros galácticos son verdaderamente pesos pesado: con masas de más de un millón de veces la del Sol, juegan un rol importante en el campo gravitacional de la galaxia entera, especialmente cerca del núcleo. El interés científico por estudiarlos es, por ende, muy fuerte.

 

El horizonte de eventos

El verdadero diámetro de cualquier agujero negro es completamente desconocido. Decíamos que al colapsar, llega un punto en que la velocidad de escape es igual a la de la luz. El objeto quizá continúe colapsando (nadie lo sabe), pero a partir de ese punto no es posible obtener más información. El último tamaño susceptible de ser observado se denomina horizonte de eventos, lo que significa que, de ese punto hacia afuera se pueden observar fenómenos (o eventos) físicos; y desde ese punto hacia adentro, no.

Si un agujero negro colecta gases de los alrededores, éstos caerán sobre él a velocidades enormes, aproximándose a la velocidad de la luz a medida que cada partícula se acerque al horizonte de eventos. Los científicos tienen un gran interés en conocer qué pasa cerca del horizonte de eventos: en parte para saber de qué manera el agujero negro colecta el material, pero también para poner a prueba a Albert Einstein.

La Teoría de la Relatividad General, enunciada por Einstein en 1916, trata sobre la gravedad y los fenómenos asociados a ella. Recordemos que la fuerza de gravedad fue antes estudiada por Newton para situaciones ordinarias, como la caída accidental de una taza de café o los movimientos orbitales de los planetas. En estos casos, ambas teorías virtualmente coinciden. Pero cuando la situación involucra velocidades cercanas a la de la luz (casi 300.000 km/seg), es necesario tener en cuenta la Relatividad General.

Una predicción de esta teoría es que si un haz de luz pasa cerca de un campo gravitacional intenso (es decir, cerca de un cuerpo celeste con una gran masa), se desviará levemente de su camino, “atraído” por ese campo. Cuanto más intenso el campo, mayor es la desviación. Esto fue probado muchas veces, en masas tan débiles como nuestro Sol o tan grandes como galaxias enteras. Pero nunca se ha observado con detalle en los campos gravitacionales más intensos conocidos: en los alrededores de un agujero negro.

Los expertos creen que el entorno cercano al horizonte de eventos es un sitio ideal para explorar predicciones de la Relatividad General. Y es por este motivo que astrónomos de varios países están trabajando en el nuevo EHT o Telescopio del Horizonte de Eventos.

 

El Telescopio del Horizonte de Eventos

En rigor no se trata de un telescopio como los que adornan las casas de óptica, sino de algo mucho más vasto y sofisticado. El EHT es una red, aún no completa, de instrumentos denominados radiotelescopios.

Los radiotelescopios parecen grandes antenas de radar, pero su objetivo es detectar las emisiones de radio que llegan a la Tierra de fuentes naturales en el cosmos. De hecho, algo del “ruido de fondo” que se escucha en nuestros receptores de radio proviene de allí.

Para poder detectar las débiles señales de radio emitidas desde el núcleo de la Galaxia, un solo radiotelescopio no alcanza. Sucede que los radiotelescopios tienen una capacidad para ver detalles muy inferior a la de los telescopios ópticos. Para mejorar esto, hace ya décadas que los científicos usan varios radiotelescopios trabajando en red. Por ejemplo, el observatorio VLA en Estados Unidos consta de 27 antenas de 25 m de diámetro capaces de producir, trabajando en conjunto, una imagen equivalente a la obtenida por una única antena de 36 km de diámetro.

Pero para investigar al agujero negro galáctico deben ser capaces de alcanzar una resolución (o capacidad de ver detalles) jamás lograda con los radiotelescopios convencionales. A modo de ejemplo, imagine que desea observar un reloj de pulsera, ¡en la Luna!

Para lograrlo, los observatorios se unieron para crear redes de radiotelescopios separados por distancias cada vez mayores, llamadas “redes de interferometría de base muy larga”. Estas redes constan de radiotelescopios ubicados en distintos países y separados por cientos o miles de kilómetros. Esto ha contribuido enormemente a comprender los fenómenos naturales que involucran emisiones de radio, como los púlsares (remanentes de supernovas) o las regiones donde nacen las estrellas.

Un gran número de radiotelescopios, trabajando en conjunto, permiten colectar más de la débil radiación proveniente del remoto núcleo galáctico. Y cuanto más distantes, mejor, ya que esto les permite distinguir mayores detalles. El EHT procura conseguir ambas cosas a un tiempo. Y aunque difícilmente pueda penetrar en las profundidades del agujero negro galáctico, quizá sabremos si Einstein y su teoría superan el desafío del horizonte de eventos.

¿Qué esperan ver? Si los modelos teóricos son correctos, se debería detectar una suerte de halo o “sombra” en torno de la silueta totalmente negra del agujero negro. Esta sería creada por luz generada en el lado distante del objeto y desviada muy fuertemente por la gravedad de éste. El actual e incompleto EHT ya detectó signos de radiación provenientes de las inmediaciones del horizonte de eventos, de modo que los próximos años prometen ser interesantes.

El EHT ya cuenta con antenas ubicadas en Estados Unidos (Arizona, California y Hawaii), en España (Sierra Nevada), y en Chile (desierto de Atacama). Y en los próximos años se sumarán más instrumentos ubicados en México, en los Alpes franceses y, la más remota de todas, en pleno Polo Sur, para generar un “instrumento” de dimensiones planetarias.

Si todo va bien, estiman que para el 2015 podríamos tener las primeras claras imágenes del corazón de la galaxia. Y quizá poco después tengamos noticias sobre si Einstein logró superar el desafío de describir correctamente qué ocurre en uno de los ambientes más extremos del Universo conocido.

 

ENTREVISTA A DIMITRIOS PSALTIS, CIENTIFICO DEL EHT

 

Dimitrios Psaltis, un astrónomo griego residente actualmente en Estados Unidos, se dedica a investigar la Teoría de la Relatividad General en ambientes cósmicos como los agujeros negros. En 2006 visitó Buenos Aires y la Patagonia en un viaje turístico. “¡Fue asombroso!”, recordó.

–Einstein seguramente estaría encantado de estar aquí y ahora.

–Seguramente. Esta es la primera vez que examinamos campos gravitacionales tan poderosos como los que hay cerca del horizonte de eventos. ¡Será un desafío sin precedentes para la Teoría de la Relatividad General!

–¿Qué esperan detectar específicamente con el EHT?

–La emisión que hemos detectado con los instrumentos actuales es tan pequeña como el agujero negro mismo. Por ello, con mayor resolución, esperamos poder obtener una imagen que muestre una “sombra” proyectada por el agujero negro sobre su entorno.

¿Se podrá aprender algo nuevo sobre los agujeros negros con estos datos?

¡Sí! Seguramente podremos aprender cosas como cuán rápido un agujero negro gira sobre su propio eje. También nos interesa investigar de qué manera colecta materia de sus alrededores o cómo lanzan esos poderosos jets observados en otras observaciones en el espectro de radio.