La revelación de la primera fotografía de Sagitario A* ha causado revuelo en el mundo de la ciencia. Los resultados formaron parte del esfuerzo de instituciones a nivel internacional, entre las que se encuentra la UNAM. ¿Qué es un agujero negro y cuál es la importancia de este hallazgo? Expertos lo explican.

Ciudad de México/Madrid, 13 de mayo (SinEmbargo/The Conversation).- La publicación de la primera fotografía de Sagitario A*, el agujero negro que vive en el centro de nuestra Vía Láctea, marca un hito histórico en el que investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) fueron partícipes junto a 80 instituciones de todo el mundo.

Nuestro país formó parte de esta colaboración internacional con el trabajo del Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), uno de los equipos más grandes de la red y que se ubica en el volcán Sierra Negra, en Puebla, del cual forman parte investigadores de la UNAM y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), informa Gaceta UNAM en un comunicado.

Raymond Loinard y Gisela Ortiz León, del Instituto de Astronomía, se encuentran entre los expertos de talla mundial de la institución que colaboraron con el proyecto.

“El hallazgo del EHT es una imagen del centro de nuestra galaxia. Hace tres años publicamos una imagen del centro de la galaxia de M87, que está a 50 millones de años luz. Este resultado nuevo ya es del centro de nuestra propia galaxia, a 25 mil años luz, mucho más cercano”, dijo Loinard.

Durante una sola noche de observación, la imagen del agujero negro cambia mucho, ya que se trata de un fenómeno muy dinámico, explicó. Lo anterior se debe a que Sagitario A* es mil veces menos masivo que M87 -el primer agujero negro del que se difundió una imagen en 2019-, lo que a su vez ocasiona que los efectos dinámicos que se dan en meses o años en M87 se den en horas o días en Sagitario A*.

Entre los resultados más importantes de este hallazgo se encuentra la constatación de la Teoría General de la Relatividad de Einstein, que indica que las características observacionales de estos objetos no cambian, a excepción de su tamaño, conforme va modificándose su masa. Las imágenes de M87 y Sagitario A* soportan lo anterior.

Además, los investigadores han logrado conocer la masa del agujero negro de nuestra Vía Láctea, de 4 millones de masas solares, así como su distancia.

“A partir de la Relatividad General podemos predecir exactamente cuál es el diámetro que esperamos para este anillo, sin ambigüedades. La imagen del EHT (Telescopio Horizonte de Sucesos) confirma perfectamente que esa predicción teórica se cumple”, dijo Loinard.

“Con esto podemos descartar diversas alternativas a la Relatividad General, la teoría que tenemos para describir la gravitación o cómo es que los objetos masivos se comportan. Esta nueva imagen deja poco espacio para estas otras teorías, descarta muchas de ellas, porque el tamaño del anillo que se midió es exactamente lo que esperábamos”.

La presentación de esta fotografía, dada conocer de manera simultánea alrededor del mundo, se llevó a cabo en México con la participación de Elena Álvarez-Buylla Roces, directora general del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT); Edmundo Gutiérrez Domínguez, director general del INAOE; Luis Alberto Zapata González, director del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM; David Hughes, director del GTM e investigador del INAOE; Laurent Raymond Loinard, investigador del IRyA; Gisela Ortiz León, investigadora del IA de la UNAM; y Alejandro Cruz Osorio, investigador de la Universidad de Frankfurt.

¿QUÉ ES UN AGUJERO NEGRO Y POR QUÉ ES TAN IMPORTANTE SU HALLAZGO EN NUESTRA VÍA LÁCTEA?

Se ha hecho esperar, pero ya tenemos la primera imagen del agujero negro supermasivo que habita el centro de nuestra propia galaxia: Sagitario A*.

Se trata de un monstruo con una masa equivalente a cuatro millones de soles situado a 26 mil años luz de nuestro planeta. Con un diámetro 17 veces mayor que el de nuestro Sol es, sin embargo, mil veces menor que el agujero negro supermasivo en la galaxia M87, el primero en ser fotografiado en 2019.

Dado que los agujeros negros no emiten luz, la zona oscura en el centro de la imagen corresponde a la sombra de Sagitario A*, la región donde la luz no puede escapar (delimitada por el horizonte de sucesos).

La región brillante alrededor del agujero negro es la señal de radiofrecuencia emitida por el gas caliente que orbita el agujero negro a velocidades cercanas a la de la luz.

Esta nueva hazaña ha sido protagonizada por el mismo consorcio mundial de radiotelescopios (denominado EHT por sus siglas en inglés, Event Horizon Telescope) que fotografió al agujero negro supermasivo en M87. Hasta la fecha, está constituida por once radio observatorios perfectamente sincronizados para detectar las radiofrecuencias asociadas a las emisiones de agujeros negros.

Esta novedosa fotografía de Sagitario A* es el resultado de la composición de numerosas imágenes de este objeto (tras miles de horas de observación) y tratadas mediante tecnología computacional avanzada.

En otras palabras, es la mejor imagen del agujero negro del centro de la Vía Láctea que se ajusta a los datos recogidos por el EHT (dentro de las leyes que marca la Teoría de la Relatividad General de Einstein).

En relación a las manchas brillantes en la imagen de Sagitario A*, estas se deben a un aumento aparente en la emisión cuando la radiación apunta directamente hacia nosotros (el conocido como efecto Doppler para ondas electromagnéticas).

Pero, antes de abordar por qué ha sido tan relevante este nuevo descubrimiento, veamos a continuación cómo se forma un agujero negro y cómo pueden alcanzar el tamaño de nuestro compañero galáctico, Sagitario A*.

FORMACIÓN DE UN AGUJERO NEGRO

Un agujero negro es un objeto astronómico con una atracción gravitatoria excepcional. Ni siquiera la luz puede escapar de él.

Los agujeros negros de tipo estelar se forman al final de la vida de una estrella masiva. Cuando ésta agota todo su combustible, su núcleo (que es el lugar donde producen las reacciones termonucleares que generan su energía) colapsa sobre si mismo, comprimiendo la estrella muerta hacia una región de tamaño cero y densidad infinita: la singularidad.

Otras estrellas de menor masa no formarán un agujero negro al final de su vida, evolucionando hacia enanas blancas o estrellas de neutrones.

La singularidad constituye el centro del agujero negro y se encuentra escondida por la superficie que conforma el horizonte de sucesos (cuyo radio aproximado, para agujeros negros estáticos, se denomina radio de Schwarschild).

Sin embargo, no sólo se pueden constituir agujeros negros por evolución estelar. El físico británico Stephen Hawking propuso la existencia de los llamados agujeros negros primordiales.

Creados en los primeros instantes del Big Bang, estos objetos pueden tener una masa menor incluso que la de un asteroide. Estos agujeros negros diminutos (al contrario que sus compañeros más masivos) pierden masa debido al fenómeno llamado radiación de Hawking y, finalmente, desaparecen.

¿Y CUÁL ES EL ORIGEN DE LOS AGUJEROS NEGROS SUPERMASIVOS?

Unas teorías sugieren que se formaron por una lenta absorción de materia a partir de un agujero negro de tamaño estelar. Sin embargo, este proceso es extremadamente lento para constituir un gigante como Sagitario A* en un tiempo relativamente corto.

Otras teorías alternativas sugieren que estos agujeros negros supermasivos se originaron a partir del colapso gravitatorio de enormes cantidades de gas interestelar (además de tragar las estrellas más pequeñas a su alrededor).

En la siguiente animación se describe con detalle este proceso de absorción de una estrella por un agujero negro.

RELEVANCIA DE ESTE NUEVO HALLAZGO

Volviendo a nuestro agujero negro supermasivo Sagitario A*, quizá uno de los aspectos más significativos de este hallazgo sea, precisamente, su proximidad a nosotros, al encontrarse en nuestra propia galaxia: la Vía Láctea.

Aunque se conocía su existencia desde finales del siglo pasado (debido a la poderosa atracción gravitatoria que ejerce sobre estrellas de su entorno), no ha sido fácil obtener una imagen del mismo.

Entre otras razones por su posición en el centro de nuestra galaxia (posiblemente situado en un entorno con alta concentración de polvo y gas interestelar) así como su reducido tamaño (en comparación con M87).

Con este nueva imagen de Sagitario A* se pone aún más de manifiesto la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia (confirmando, de nuevo, la Relatividad General de Einstein como uno de los mayores logros intelectuales del siglo XX).

Se abre de nuevo otra ventana para seguir observando aquellos objetos del Universo que, hasta hace bien poco, eran invisibles a nuestros ojos.

-Con información de Oscar del Barco Novillo. Profesor asociado en el área de Óptica, Universidad de Murcia.