El primer agujero negro fotografiado brilla en el espacio

Artículo publicado originalmente por VICE Estados Unidos.

En abril de 2019, los científicos revelaron una imagen asombrosa que usaba las dimensiones de todo nuestro planeta como un telescopio masivo para mirar profundamente en el espacio. El sujeto era M87*, el primer agujero negro en ser fotografiado directamente, que ocupa el centro de una galaxia ubicada a 55 millones de años luz.

La imagen surrealista, tomada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés), fue un gran avance científico que atrajo el interés público entusiasta. Ahora, los científicos han demostrado que este agujero negro parpadea en el espacio y brilla con el tiempo. Esta dinámica podría conducir a nuevos conocimientos sobre este agujero negro en particular, así como a la evolución de estructuras cósmicas masivas en general.

Para mostrar cómo cambia M87* con el tiempo, un equipo internacional dirigido por Maciek Wielgus, becario postdoctoral de la Iniciativa de Agujeros Negros en la Universidad de Harvard, reconstruyó el comportamiento del agujero negro utilizando observaciones de radiotelescopios entre 2009 y 2017, según un estudio publicado el miércoles en The Astrophysical Journal.

"Queremos comprender la física fundamental en las condiciones extremas que rodean un agujero negro y aprender cómo interactúa con la materia en su entorno", dijo Wielgus en un correo electrónico. “Estudiar la dinámica de la apariencia de media luna de un agujero negro es una forma de sondear este fascinante entorno”.

Con una masa equivalente a unos 6.500 millones de soles, M87* es un gigante descomunal que se encuentra en el núcleo de la galaxia supergigante Messier 87, donde se alimenta de estrellas, gas o cualquier otra materia que se le acerque demasiado.

El centro sombreado de la imagen del EHT revela el borde del agujero negro, conocido como horizonte de eventos, más allá del cual no puede regresar luz ni materia. La estructura de color naranja brillante es el disco iluminado de material sobrecalentado que cae en el agujero negro, en un proceso conocido como acreción. Este anillo parece ser más brillante en la parte inferior porque el material gira hacia la dirección de la Tierra, lo que le da un aumento de luminosidad debido al efecto Doppler.

La famosa foto del agujero negro se compuso a partir de algunas noches de observaciones en 2017, cuando el EHT llegó a abarcar ocho telescopios en todo el mundo. Wielgus y su equipo confirmaron que había indicios de las estructuras básicas del objeto en observaciones anteriores del EHT de 2009, 2011, 2012 y 2013. Aunque esos datos no eran lo suficientemente detallados para generar imágenes, el equipo pudo crear modelos geométricos y hacer imágenes simuladas del agujero negro durante esos años.

Inicialmente, estos datos antiguos se habían pasado por alto porque el equipo de EHT estaba muy concentrado en las mediciones de alta calidad que dieron lugar a la imagen de 2019 de M87*. Cuando Wielgus y sus colegas le hicieron caso a los datos, se dieron cuenta de que podían adaptar los datos más antiguos a los detalles complejos de la imagen final para crear una historia visual aproximada del agujero negro.

“Fue sorprendente ver lo limitadas que eran nuestras condiciones para mirar los datos antiguos, cuando los analizamos con las poderosas herramientas estadísticas que tenemos hoy en día”, dijo Wielgus. "Así que este trabajo pasó de ser una simple comprobación de coherencia a un proyecto que investiga cuánto pueden exactamente estos datos antiguos decirnos sobre el M87 * y su variabilidad, si los analizamos juntos".

El lapso de tiempo resultante demuestra que la posición y el brillo del objeto están influenciados por la turbulencia extrema del disco de acreción, causada por la fuerzas gravitacionales cerca del horizonte de eventos.

Es alucinante ver la danza turbulenta y brillante del agujero negro a lo largo del tiempo, pero también es una ventana útil a la dinámica oculta de estos gigantes cósmicos. La región cercana a un horizonte de eventos es una de las zonas más extrañas del universo y un banco de pruebas ideal para la física fundamental, como la teoría de la relatividad general de Einstein.

“Las inmediaciones de un agujero negro son entornos extremos donde los campos magnéticos, la hidrodinámica, la relatividad y la física de partículas se unen en un sistema físico complicado y rebuscado”, dijo Wielgus. “Las energías involucradas son enormes, el gas se arremolina a velocidades que se acercan a la velocidad de la luz y se calienta a miles de millones de grados. Así que es un laboratorio fascinante, uno que nunca podríamos recrear aquí en la Tierra, para comprender la física fundamental”.

Hasta ese punto, Wielgus y sus colegas encontraron que las variaciones en el lapso de tiempo "coinciden ampliamente con las predicciones" de la relatividad general, según el estudio. Las observaciones futuras podrían arrojar más luz sobre estas preguntas fundamentales sobre nuestro universo, sin mencionar que nos darán una excusa para contemplar la evolución aterradora, hermosa y sobrenatural de los agujeros negros.

“Una gran pregunta es cómo es la rotación del M87*, qué tan rápido gira y cuál es el efecto de esta rotación en su entorno, en la cantidad de materia y energía que ingiere el agujero negro, y expulsa del sistema”, dijo Wielgus. "¡Hay tantas cosas que todavía no entendemos!".