La fotografía del agujero negro en la Vía Láctea: «Hay una superficie donde el tiempo y el espacio se mezclan»

En el corazón de la Vía Láctea, nuestra galaxia, palpita un agujero negro supermasivo, Sagitario A*. Ya nadie lo discute. El THS, el Telescopio Horizonte de Sucesos, ha logrado fotografiarlo.

“Cuando veo las imágenes que el THS ha obtenido de estos agujeros negros, siento más bien vértigo. Al fin y al cabo, en esas regiones existe una superficie que separa causalmente a nuestro Universo de lo que se oculta en su interior…”. Así describe Iván Martí-Vidal el significado de verle la cara al objeto más extravagante del cosmos, un agujero negro supermasivo.

Iván Martí-Vidal, investigador de la Universidad de Valencia, forma parte del equipo científico que ha obtenido la imagen.

¿La observación de Sagitario A* es el objetivo fundamental del Telescopio Horizonte de Sucesos?

El Telescopio de Horizonte de Sucesos nació con el objetivo central que aparece en su propio nombre: obtener imágenes de agujeros negros a las escalas de sus horizontes de sucesos (que son esas superficies singulares en las que el agujero se “desconecta” de nuestro universo). De momento, solo conocemos dos agujeros negros de los que THS pueda obtener imágenes a esas escalas: el que habita en el corazón de la galaxia M87 (a poco más de 50 millones de años-luz) y el que se encuentra en el centro de nuestra propia galaxia (a unos 27 000 años-luz de nosotros), que llamamos Sagitario A* (o, abreviando, SgrA*).

En abril de 2019, el THS hizo pública la imagen del agujero negro de M87, por lo que el gran objetivo que aún nos quedaba por cumplir era obtener la imagen de SgrA*. Ahora, por fin, y tras muchos años de trabajo, la hemos conseguido.

Además de estos dos grandes objetivos (las imágenes de M87* y de SgrA*), el THS también nos permite estudiar otros muchos agujeros negros, aunque en tales casos estamos limitados a observarlos a escalas bastante más grandes. Lo que podemos observar en esos otros agujeros negros son las regiones donde se producen unos misteriosos fenómenos llamados “chorros relativistas”, muy característicos de los agujeros negros supermasivos. El THS nos está ayudando a comprender mejor por qué se producen esos chorros. Básicamente, gracias al THS, estamos aprendiendo mucho sobre cómo se comporta la Naturaleza en estas regiones tan extremas del espacio y el tiempo.

¿Cuál es su participación en el THS?

Me uní a la colaboración THS en 2014, año en el que podríamos decir que “nació” el THS en su versión moderna. Originalmente, mi trabajo iba a centrarse en el desarrollo de todos los algoritmos necesarios que permitieran al telescopio milimétrico ALMA (el más sensible del mundo) unirse a la red THS. Aunque ALMA es un elemento esencial para el THS, había problemas fundamentales para poder unirlo a los demás elementos de la red; problemas ligados al propio diseño de los telescopios y que, durante un tiempo, llegaron incluso a considerarse insalvables, dentro de un presupuesto y tiempo razonables. Fue mi algoritmo “polconvert” el que permitió combinar sin mayor problema los datos de ALMA con los del resto del THS. Desde que inventé ese algoritmo, otras redes VLBI (siglas en inglés de interferometría de muy larga línea de base, o sea, observaciones desde varios radiotelescopios ubicados en distintas partes de la Tierra) han empezado a usarlo para resolver problemas similares al de ALMA-THS, obteniendo excelentes resultados. La verdad es que estoy muy orgulloso de esa batería de algoritmos “polconvert”.

He sido coordinador del grupo de polarimetría que, dentro del THS, fue el responsable de la publicación de la imagen polarizada de M87*. Además, en las observaciones de SgrA* también he proporcionado nuevos algoritmos que han permitido tener en cuenta, con una precisión sin precedentes, los rápidos cambios de brillo de SgrA* y cómo estos afectan a las observaciones del THS relacionadas con el telescopio ALMA. Esta aportación ha sido especialmente interesante, de cara a mejorar la calidad y robustez de los resultados que acabamos de publicar.

¿Cuándo se tomó la imagen de SgrA*?

La imagen que acabamos de publicar de SgrA* corresponde a las observaciones que realizamos en 2017, justamente las mismas noches que el THS observó M87* y otros agujeros negros. Así pues, aunque los datos para M87* y SgrA* fueron tomados en la misma “sesión” de observación, nos ha costado nada menos que 3 años más obtener la imagen de SgrA*. El coste computacional y la complejidad de los algoritmos necesarios para lograr esto han sido brutales.

¿Creía que no era posible tomar una imagen directa del agujero negro del centro de nuestra galaxia? ¿Han encontrado otro camino?

La técnica que usa el THS no toma imágenes directas de las fuentes que observa. Más bien, lo que hacemos en el THS es parecido al funcionamiento de las resonancias magnéticas o las tomografías computarizadas que se hacen en los hospitales. Esos dispositivos tampoco toman imágenes directas de nuestras entrañas, sino que miden porciones de cantidades relacionadas con ellas y, usando técnicas de análisis, las convierten en imágenes.

En ese sentido, el THS es como un “tomógrafo”, solo que (en lugar de observar un corazón o un pulmón) observa agujeros negros, usando la rotación de la Tierra a modo de “motor del escáner”. Lo que hacemos entonces es combinar las señales que llegan a varios radiotelescopios (distribuidos por el planeta), de manera tal que, en un ordenador, somos capaces de usar esos datos para reconstruir imágenes, “simulando” un único telescopio de tamaño similar a toda la Tierra.

Esta es la estrategia que hemos seguido para obtener las imágenes, tanto de M87* como de SgrA*. El problema con SgrA* es que sus rápidos cambios de brillo y su veloz dinámica (comparada con la de M87*) complican muchísimo los algoritmos de reconstrucción de imágenes. Esa es la razón por la que hemos tenido que retrasar tanto tiempo la publicación de esta imagen.

Cuando lograron aquella imagen de Messier 87, Heino Falcke, de la Universidad de Radboud en Nijmegen, descubrió así lo que sintió cuando lograron darle forma: “Se siente como mirar a las puertas del infierno”. ¿Cómo lo describiría usted?

Aunque le tengo aprecio al profesor Falcke, mi visión es muy diferente a la suya en muchos aspectos. Para empezar, soy ateo, y mi interpretación particular de las maravillas de la Astronomía no está sesgada (o no pretende estarlo) por ningún misticismo antropomórfico o antropocéntrico, como sí parece estarlo la visión de Falcke.

Cuando veo las imágenes que el THS ha obtenido de estos agujeros negros, siento más bien vértigo. Al fin y al cabo, en esas regiones existe una superficie que separa causalmente a nuestro Universo de lo que se oculta en su interior; una superficie donde el tiempo lleva congelado desde el remoto pasado cósmico; una superficie donde el tiempo y el espacio, de hecho, se mezclan; se confunden de formas que nuestros pobres cerebros no están preparados para imaginar en toda su magnitud, aunque sí las comprendamos en forma de ecuaciones, gracias a la formulación de la Relatividad General.

¿Podría describirme lo que estamos viendo en la imagen de Sagitario A*?

La imagen de SgrA* muestra un anillo de luz, que se corresponde con la existencia de lo que llamamos una “fotonesfera”. En esa región, la gravedad producida por el agujero negro es tan fuerte que los rayos de luz que allí se encuentran se ven obligados a orbitar a su alrededor. Imagínese: ¡órbitas hechas de rayos de luz!

El tamaño de ese anillo fotonesférico es, además, justo el que predice la Teoría de la Relatividad General, si usamos la masa de SgrA* que fue ajustada a partir de las órbitas de estrellas cercanas (un estudio que les valió a Andrea Ghez y Reinhard Genzel el premio Nobel de Física de 2020, compartido con Roger Penrose). Esto confirma, por enésima vez, que la Relatividad de Einstein funciona con una finura tremenda. Los agujeros negros de M87* y SgrA*, aún teniendo masas muy diferentes (el primero es 1.500 veces más masivo que el segundo), obedecen a la Relatividad General con precisión y exactitud. Hoy, Einstein ha sumado un nuevo punto.

¿Qué sensación produce investigar agujeros negros? Si Einstein levantara la cabeza…

Si Einstein levantara la cabeza, igual volvería a morirse del gusto cuando le explicaran que, nada menos que a principios del siglo XXI, la tecnología humana ya ha avanzado lo suficiente para permitir la detección de ondas gravitacionales y la obtención de imágenes de agujeros negros.

El propio Einstein llegó a plantear que los agujeros negros no deberían existir en el Universo (siendo por lo tanto una mera curiosidad matemática de sus ecuaciones). También aventuró que la humanidad jamás podría llegar a detectar las ondas gravitacionales que su teoría predecía, dada la ínfima señal que esas ondas imprimen en los detectores. No obstante, como hemos visto, los humanos hemos conseguido ambas cosas en un tiempo récord: básicamente, poco más de un siglo después de que Einstein plasmara sus ecuaciones en una afortunada pizarra por primera vez.

Hablando de “los grandes”, algo que me entristece mucho es que el profesor Stephen Hawking no haya podido vivir lo suficiente para ver la imagen de M87* que publicamos en 2019. No puedo imaginar lo que habría sentido Hawking al mirar “cara a cara” a ese agujero negro. No creo que la palabra “vértigo” pudiera haberlo descrito ni por asomo. Me habría encantado ser partícipe, como miembro del THS, de ese regalo y tributo a la vida del profesor Hawking. Pero no pudo ser.

¿Es cierto que SgrA* se encuentra en estado de “letargo” y que no dispone de la capacidad de los otros, los activos, para convertir la materia en energía?

La “actividad” de un agujero negro se entiende como su capacidad para atraer materia a un ritmo muy alto y producir (eventualmente) “chorros relativistas” muy energéticos, hechos de una parte de esa materia que, en lugar de ser engullida, es expelida a unas velocidades muy cercanas a las de la luz.

Los agujeros negros más “activos” suelen ser también los más lejanos. En Astronomía, mirar más lejos es sinónimo de mirar hacia el pasado (ya que la luz se propaga a una velocidad finita), por lo que una conclusión bastante lógica es que los agujeros negros supermasivos que habitan en el centro de las galaxias fueron (mucho) más activos en el pasado remoto y, con el tiempo, se han ido “apagando”. Hay excepciones, pero son muy pocas.

Nuestro centro galáctico lleva tiempo “desactivado”, en el sentido de que el ritmo al que engulle materia es bajísimo, no dejándole tampoco producir ningún “chorro relativista” que sea suficientemente intenso como para poder detectarlo bien desde la Tierra. Además, es un agujero negro poco masivo (su masa equivale “solamente” a la de unos 4 millones de soles), lo que no le da tanto poder para atrapar y engullir al mismo ritmo que sus hermanos mayores.

¿Por qué SgrA* es menos luminoso de lo que debiera teniendo en cuenta la cantidad de gas disponible en su entorno?

SgrA* no dispone de tanto gas y polvo como para tener una alta actividad. Básicamente, lo poco que puede engullir se lo proporciona un pequeño disco de acrecimiento y poco más que los vientos de las estrellas cercanas (todas las estrellas van perdiendo masa, en forma de viento, a medida que envejecen). Además de tener tan escaso material para “comer”, SgrA* también es mucho menos eficiente atrayendo dicho material. Su eficiencia es miles de veces menor que la de M87* (el otro agujero negro “fotografiado” con el THS). Todas estas circunstancias juntas hacen de SgrA* un agujero negro relativamente tranquilo y apagado. De hecho, si estuviera en otra galaxia cercana (en lugar de tenerlo “ahí al lado”), sería tan débil que no lo detectaríamos.

¿A qué se deben las fulguraciones que se detectan, esa especie de estrellas fugaces que se producen en su entorno?

La verdad es que aún desconocemos los detalles que hay detrás de la física de esas fulguraciones infrarrojas y de rayos X en SgrA*. Una posibilidad bastante plausible es que estén relacionadas con subidas muy localizadas de la actividad magnética en el disco de acrecimiento (lo que llamaríamos “reconexiones magnéticas”), que calientan mucho el material que hay en esa región. Además, de vez en cuando, SgrA* se encuentra con un pequeño “festín” (algún desafortunado conglomerado de gas y polvo que se acerca demasiado al agujero negro y acaba siendo engullido). Cuando esto ocurre, el material en caída hacia el agujero negro se calienta y también puede emitir fuerte radiación.

El satélite Integral (ESA) descubrió que hace 350 años SgrA* experimentó una etapa de actividad que debió durar una década y que aumentó su emisión casi un millón de veces, inundando de energía en rayos gamma el espacio circundante. ¿Han apreciado un aumento en la actividad del agujero negro?

La emisión de SgrA*, a nivel cualitativo, no ha cambiado demasiado durante las últimas décadas. Sí han habido algunos episodios remarcables, pero pocos y no demasiado intensos. Podemos decir que, estadísticamente hablando, SgrA* se encuentra en una etapa tranquila.

Hasta ahora, se ha conseguido información sobre las estrellas que lo orbitan, ¿es cierto que alcanzan cinco mil kilómetros por segundo?

En efecto. De hecho, las estrellas que describen esas órbitas llegan a acercarse bastante (peligrosamente, diría yo) a SgrA*. Me parece recordar que el acercamiento máximo se produce nada menos que a unas 17 horas-luz.

No obstante, esas 17 horas-luz no son nada comparado con los poco más de 3 minutos-luz de tamaño de la imagen del HTS. Gracias a la imagen que acabamos de publicar, hemos podido “confinar” la masa de SgrA* (equivalente a unos 4 millones de soles) a un volumen tan pequeño que la única explicación plausible que queda para este astro es la de un agujero negro.

Mi última pregunta es personal: ¿le gustaría vivir mil años más? ¿Lo sabremos todo entonces sobre el Universo?

Cuando pienso en la posibilidad de vivir tanto tiempo, no puedo evitar acordarme de la película de Los Inmortales, con aquella fabulosa banda sonora de Freddie Mercury. Poder presenciar el progreso de la humanidad y ser testigo de los fascinantes descubrimientos que nos esperan es muy tentador, pero no me gustaría experimentar esa aventura habiendo sobrevivido a incontables generaciones de mis seres queridos. Soy científico, y me fascina el avance del conocimiento, pero hay precios que no estaría dispuesto a pagar por ser testigo de ese avance durante los próximos siglos.

Acerca de si podremos saberlo “todo” sobre el Universo, más bien lo dudo. No porque me falte confianza en la capacidad humana, sino porque la metodología científica es incompatible con esa idea de “saberlo todo”. Es posible que algún día tengamos en nuestras manos algo a lo que poder llamar “teoría del todo”, pero nunca, jamás, podremos estar completamente seguros de que esa teoría describe todos y cada uno de los fenómenos naturales. Y aunque así fuera, siempre habría fenómenos en el Universo que (aunque pudieran ser predichos por esa teoría) no habrían sido planteados ni considerados, y estarían esperando a ser descubiertos. Mi visión personal (y algo optimista) del avance científico para los próximos siglos es que nuestra tecnología nos permitirá resolver los grandes retos a los que ahora se enfrenta nuestra civilización; y nos permitirá enfrentarnos, además, a nuevas preguntas que por ahora ni siquiera podemos formular.

*Artículo publicado por Lorena Sánchez de Ciencia y Ambiente, en The Conversation, plataforma global de divulgación del conocimiento académico y científico.