El pasado 10 de abril, en una rueda de prensa coordinada a nivel mundial, científicos del Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés) enseñaban la primera imagen directa de la sombra de un agujero negro. A pesar de ser un descubrimiento sin lugar a dudas sensacional y que abre nuevas posibilidades para el estudio de estos exóticos y controvertidos objetos, en las redes sociales parece que ha habido un cierto "desencanto" con la calidad de la imagen. Probablemente mucha gente tenía en mente la espectacular imagen artística de Gargantua, el agujero negro de la película Interstellar, y está claro que Hollywood ha sabido siempre vender mejor sus productos que los astrónomos. Sin embargo, los científicos iremos siempre por delante en el desarrollo del conocimiento humano y en generar avances tecnológicos. La primera imagen del agujero negro de la galaxia Messier 87 (M87) es un ejemplo de ello.

Pero empecemos por el principio: ¿qué es un agujero negro? Llamamos agujero negro a una región finita del espacio cuya densidad de masa es tan alta como para generar una campo gravitatorio suficientemente grande que ninguna partícula, ni siquiera la luz, puede escapar. La predicción de que objetos de este tipo pudieran existir no es nueva y, basándose en los conceptos de gravedad y velocidad de escape, fue propuesta por primera vez por el inglés John Michell en 1783. Al igual que en la Tierra los cohetes deben superar una cierta velocidad (de escape) para vencer la gravedad y salir al espacio, unos 11,2 km/s (kilómetros por segundo) o equivalentemente unos 40 320 km/h (kilómetros por hora), Michell pensó que podrían existir objetos lo suficientemente densos como para que su velocidad de escape fuera mayor que la velocidad de la luz (300 000 km/s) y por tanto serían invisibles (o negros). Actualmente, los agujeros negros son una predicción fundamental de la teoría de la relatividad general formulada por Einstein (como ya hemos discutido en esta Gaveta de Astrofísica) y sus propiedades (momento angular o carga eléctrica) se estudian dentro del marco de esta teoría. Una característica definitoria de los agujeros negros es su horizonte de sucesos, un límite causal unidireccional en el espacio-tiempo que define la frontera a partir de la cual podemos obtener información (luz) del agujero negro y que da nombre al proyecto EHT.

Los astrofísicos han determinado que los agujeros negros en el Universo se presentan en una amplia gama de masas: desde los agujeros negros de masa estelar (en torno a la masa de nuestro Sol) hasta los llamados agujeros negros supermasivos, con masas de miles de millones de masas solares. En las últimas décadas se ha confirmado la presencia de estos agujeros negros supermasivos en el centro de casi todas las galaxias, incluyendo las dos galaxias observadas por el EHT: el centro de nuestra Vía Láctea y en el núcleo de la cercana galaxia elíptica M87. El agujero negro de nuestra galaxia tiene aproximadamente 4 millones de masas solares y se encuentra a "solo" 26 000 años-luz, mientras que la galaxia M87 se encuentra a 55 millones de años-luz con un agujero negro de 6600 millones de masas solares. Esta combinación de masa (equivalente a tamaño según la relatividad general) y distancia hacen de estos objetos los candidatos ideales para "ver" sus agujeros negros, aunque los resultados sobre la Vía Láctea no han sido publicados todavía.

Una idea muy extendida sobre los agujeros negros es que se comportan como una aspiradora gigante que absorbe toda la materia cercana. En realidad los agujeros negros crecen al engullir el material circundante, pero es relativamente difícil que la materia caiga en un agujero negro. Si la materia no está demasiado cerca del agujero negro y solo siente la gravedad, puede orbitar alrededor del agujero negro de manera indefinida, de la misma forma en que los planetas de la película Interstellar orbitaban alrededor de Gargantua (no es casualidad que el premio Nobel en Física Kip Thorne fuera el consultor científico de la película). Por lo tanto se necesita algo más que la gravedad para acercar la materia lo suficiente al agujero negro y que este se la trague. Este proceso se lleva a cabo en los llamados discos de acreción, donde el material gaseoso que se encuentra alrededor de un agujero negro se calienta por fricción (de la misma manera que nuestras manos se calientan cuando las frotamos) y hace que pierda energía cayendo a órbitas cada vez más cercanas al agujero negro hasta llegar al horizonte de sucesos. Estas partículas orbitando en la frontera del horizonte de sucesos son las que definen la sombra del agujero negro y crean el anillo que vemos en la imagen producida por el EHT. Debido a las condiciones extremas del agujero negro, en términos de masa y radio, la cantidad de energía liberada en el disco de acreción puede hacer que este brille incluso más que el resto de las estrellas de la galaxia juntas. Otra consecuencia de las enormes cantidades de energía acumuladas en las cercanías del agujero negro es la presencia de enormes chorros de material que son expulsados de la galaxia a altas velocidades. En M87 este chorro de material es tan prominente que fue detectado por primera vez en 1918 por el astrónomo americano Herber Curtis.

La primera evidencia directa de la existencia de un agujero negro proporcionada por el EHT representa el principio de una nueva era en el estudio de estos objetos. Comprobar que la teoría general de la relatividad también funciona en estos ambientes extremos, entender cómo se desarrollan los procesos de acreción en torno a los agujeros negros, o el origen de los chorros de gas observados en galaxias como M87 son solo algunos campos que se beneficiarán enormemente de futuras observaciones y desarrollo del EHT.

El panel izquierdo muestra las diferentes escalas (y longitudes de onda) de M87. De izquierda a derecha se pueden ver: una imagen compuesta de M87 combinando imágenes en radio (rojo), óptico (verde) y rayos-X (azul); zoom de la parte central de M87 donde se aprecia el chorro de gas expulsado por el agujero negro de M87; el horizonte de sucesos obtenido por las imágenes de EHT en radio del agujero negro de M87. El panel derecho muestra la representación artística del agujero negro Gargantua, que aparece en la película Interstellar./ NASA/STScl/J. DePasquale y Paramount Pictures

Jairo Méndez Abreu

nació en San Juan de la Rambla, Tenerife, y cursó la Licenciatura en Física por la Universidad de La Laguna. Es Doctor en Astrofísica por la Universidad de La Laguna y la Universidad de Padua, Italia. Tras su paso por Italia volvió a Canarias con un contrato postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) y un contrato Juan de la Cierva. Posteriormente se marchó a Escocia donde desarrolló su actividad investigadora en la Universidad de St Andrews. Recientemente ha vuelto como investigador al IAC, donde continúa sus estudios sobre dinámica y evolución de galaxias.