Una red internacional de radiotelescopios ha producido la primera imagen de primer plano de la sombra de un agujero negro, que los científicos revelaron esta mañana (10 de abril). La colaboración, llamada Event Horizon Telescope, confirmó décadas de predicciones sobre cómo se comportaría la luz alrededor de estos objetos oscuros y preparó el escenario para una nueva era de astronomía de agujeros negros.
"Desde una escala de cero a sorprendente, fue sorprendente", dijo Erin Bonning, astrofísica e investigadora de agujeros negros en la Universidad de Emory que no participó en el esfuerzo de imagen.
"Dicho eso, era lo que esperaba", dijo a Live Science.
El anuncio, provocado por aproximadamente una semana y media de anticipación, logró ser increíblemente emocionante y casi completamente desprovisto de detalles sorprendentes o nueva física. La física no se descompuso. No se revelaron características inesperadas de los agujeros negros. La imagen en sí era casi una combinación perfecta para las ilustraciones de agujeros negros que estamos acostumbrados a ver en la ciencia y la cultura pop. La gran diferencia es que es mucho más borroso.
Sin embargo, hubo varias preguntas importantes relacionadas con los agujeros negros que quedaron sin resolver, dijo Bonning.
¿Cómo producen los agujeros negros sus enormes chorros de materia caliente y rápida?
Todos los agujeros negros supermasivos tienen la capacidad de masticar la materia cercana, absorber la mayor parte de sus horizontes de eventos y escupir el resto al espacio a una velocidad cercana a la luz en torres en llamas que los astrofísicos llaman "chorros relativistas".
Y el agujero negro en el centro de Virgo A (también llamado Messier 87) es conocido por sus impresionantes chorros, arrojando materia y radiación por todo el espacio. Sus chorros relativistas son tan grandes que pueden escapar completamente de la galaxia circundante.
Y los físicos conocen los grandes rasgos de cómo sucede esto: el material se acelera a velocidades extremas a medida que cae en el pozo de gravedad del agujero negro, luego parte de él escapa mientras retiene esa inercia. Pero los científicos no están de acuerdo sobre los detalles de cómo sucede esto. Esta imagen y los documentos asociados aún no ofrecen ningún detalle.
Descubrir eso, dijo Bonning, será una cuestión de vincular las observaciones del Telescopio Event Horizons, que cubren una cantidad bastante pequeña de espacio, con las imágenes mucho más grandes de chorros relativistas.
Si bien los físicos aún no tienen respuestas, dijo, hay una buena posibilidad de que vengan pronto, especialmente una vez que la colaboración produzca imágenes de su segundo objetivo: el agujero negro supermasivo Sagitario A * en el centro de nuestra propia galaxia, que no produce chorros como los de Virgo A. La comparación de las dos imágenes, dijo, podría ofrecer algo de claridad.
¿Cómo se relacionan la relatividad general y la mecánica cuántica?
Cada vez que los físicos se reúnen para hablar sobre un nuevo descubrimiento realmente emocionante, puede esperar escuchar a alguien sugerir que podría ayudar a explicar la "gravedad cuántica".
Eso es porque la gravedad cuántica es la gran incógnita en física. Durante aproximadamente un siglo, los físicos han trabajado usando dos conjuntos diferentes de reglas: la relatividad general, que cubre cosas muy grandes como la gravedad, y la mecánica cuántica, que cubre cosas muy pequeñas. El problema es que esos dos libros de reglas se contradicen directamente entre sí. La mecánica cuántica no puede explicar la gravedad, y la relatividad no puede explicar el comportamiento cuántico.
Algún día, los físicos esperan unir los dos en una gran teoría unificada, que probablemente implique algún tipo de gravedad cuántica.
Y antes del anuncio de hoy, se especuló que podría incluir algún avance en el tema. (Si las predicciones de la relatividad general no se hubieran confirmado en la imagen, eso habría hecho avanzar la pelota). Durante una conferencia de prensa de la National Science Foundation, Avery Broderick, un físico de la Universidad de Waterloo en Canadá y un colaborador en el proyecto, sugirió que ese tipo de respuestas podrían venir.
Pero Bonning era escéptico de esa afirmación. Esta imagen no era nada sorprendente desde una perspectiva de relatividad general, por lo que no ofreció una nueva física que pudiera cerrar la brecha entre los dos campos, dijo Bonning.
Aún así, no es una locura que la gente espere respuestas de este tipo de observación, dijo, porque el borde de la sombra de un agujero negro lleva fuerzas relativistas a espacios pequeños de tamaño cuántico.
"Esperaríamos ver la gravedad cuántica muy, muy cerca del horizonte de eventos o muy, muy temprano en el universo temprano", dijo.
Pero con la resolución aún borrosa del Telescopio Event Horizons, dijo, no es probable que encontremos ese tipo de efectos, incluso con las actualizaciones planificadas entrantes.
¿Las teorías de Stephen Hawking eran tan correctas como las de Einstein?
La mayor contribución del físico Stephen Hawking al inicio de su carrera a la física fue la idea de la "radiación de Hawking", que los agujeros negros no son realmente negros, sino que emiten pequeñas cantidades de radiación con el tiempo. El resultado fue muy importante, ya que mostró que una vez que un agujero negro deja de crecer, comenzará a reducirse muy lentamente debido a la pérdida de energía.
Pero el Telescopio Event Horizons no confirmó ni negó esta teoría, dijo Bonning, aunque nadie esperaba que lo hiciera.
Los agujeros negros gigantes como el de Virgo A, dijo, emiten solo cantidades mínimas de radiación Hawking en comparación con su tamaño total. Si bien nuestros instrumentos más avanzados ahora pueden detectar las luces brillantes de sus horizontes de eventos, hay pocas posibilidades de que alguna vez descubran el brillo ultra tenue de la superficie de un agujero negro supermasivo.
Esos resultados, dijo, probablemente provengan de los agujeros negros más pequeños: objetos teóricos de corta duración tan pequeños que podría encerrar todo el horizonte de eventos en su mano. Con la oportunidad de realizar observaciones de cerca y mucha más radiación disponible en comparación con su tamaño general, los humanos eventualmente podrían descubrir cómo producir o encontrar una y detectar su radiación.
Entonces, ¿qué aprendimos realmente de esta imagen?
Primero, los físicos descubrieron que Einstein tenía razón, una vez más. El borde de la sombra, hasta donde puede ver el Telescopio Event Horizons, es un círculo perfecto, tal como lo predijeron los físicos del siglo XX que trabajaban con las ecuaciones de relatividad general de Einstein.
"No creo que nadie deba sorprenderse cuando pase otra prueba de relatividad general", dijo Bonning. "Si hubieran subido al escenario y dicho que la relatividad general se hubiera roto, me habría caído de la silla".
El resultado con implicaciones prácticas más inmediatas, dijo, fue que la imagen permitió a los científicos medir con precisión la masa de este agujero negro supermasivo, que se encuentra a 55 millones de años luz de distancia en el corazón de la galaxia Virgo A. Es 6.5 mil millones de veces más masivo que nuestro sol.
Bonning dijo que es un gran problema, porque podría cambiar la forma en que los físicos pesan los agujeros negros supermasivos en los corazones de otras galaxias más distantes o más pequeñas.
En este momento, los físicos tienen una medición bastante precisa de la masa del agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, dijo Bonning, porque pueden ver cómo su gravedad mueve estrellas individuales en su vecindario.
Pero en otras galaxias, nuestros telescopios no pueden ver los movimientos de estrellas individuales, dijo. Entonces, los físicos están atrapados con mediciones más duras: cómo la masa del agujero negro influye en la luz proveniente de diferentes capas de estrellas en la galaxia, o cómo su masa influye en la luz proveniente de diferentes capas de gas de flotación libre en la galaxia.
Pero esos cálculos son imperfectos, dijo.
"Hay que modelar un sistema muy complejo", dijo.
Y los dos métodos terminan produciendo resultados algo diferentes en cada galaxia que observan los físicos. Pero al menos para el agujero negro en Virgo A, ahora sabemos que un método es correcto.
"Nuestra determinación de 6.500 millones de masas solares termina aterrizando justo encima de la determinación de masas más pesadas de", dijo Sera Markoff, astrofísica de la Universidad de Amsterdam y colaboradora del proyecto en la rueda de prensa.
Eso no significa que los físicos simplemente se acerquen a ese enfoque para medir masas de agujeros negros, dijo Bonning. Pero sí ofrece un punto de datos importante para refinar los cálculos futuros.
