Un astrónomo: «Ver el horizonte de sucesos de un agujero negro podría poner a prueba la Relatividad»

Captura de pantalla de una entrevista a Shep Doeleman para la cadena PBS - PBS NewsHour/YOUTUBE

El director del proyecto para crear un «telescopio tan grande como la Tierra» habla sobre la iniciativa que pretende obtener la primera imagen de la superficie de un agujero negro

Los agujeros negros son objetos tremendamente masivos y misteriosos. Estudiarlos puede ayudar a comprender la evolución de las estrellas, la formación de las galaxias y la naturaleza del espacio-tiempo. Pero, por desgracia, son realmente muy oscuros. La gravedad atrapa en su interior a la luz, a partir del llamado horizonte de sucesos, así que no podemos saber qué pasa dentro de ellos si no es a partir de lo que vemos en su superficie.

Hasta ahora, sin embargo, la tecnología no ha sido capaz de detectar directamente el horizonte de sucesos de ningún agujero negro. Solo se ha podido observar la materia que se arremolina en su entorno y que gira a velocidades vertiginosas, o bien detectar los estallidos de radiación que emiten cuando algo es engullido por estas masas. Pero in equipo internacional de astrónomos, dirigidos por Shep Doeleman, está tratando de obtener la primera fotografía de la superficie de un agujero negro. A través del Telescopio del Horizonte de Sucesos, pretenden coordinar a 12 radiotelescopios de todo el mundo para construir un observatorio global capaz de observar el agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea, Sagitario A. Esperan poder obtener una imagen del horizonte de sucesos ya en 2018.


Sagitario A está rodeado por materia atrapada por la gravedad y los campos magnéticos- Composite by B. Saxton using data from N.E. Kassim, T.J.W. Lazio, T.N. Larosa, D.S. Briggs; NRAO/AUI/NSF

Aunque este agujero es enorme, mide de ancho 30 veces más que el Sol, está a 26.000 años luz de distancia, por lo que su tamaño en el cielo es comparable al de una naranja posada sobre la Luna. Esto es todo un reto para los radiotelescopios actuales. La solución propuesta por Shep Doeleman ha sido crear un telescopio «tan grande como la Tierra» para aumentar la capacidad de magnificación de los receptores, y así poder ver con detalle algo tan sumamente pequeño en el cielo. Actualmente coordina a más de 100 investigadores. A través de correo electrónico, ha explicado que lleva más de 20 años embarcado en esta misión.

-¿Por qué decidió comenzar este proyecto? ¿Qué es le mueve a trabajar en esto?

Comencé en astronomía desarrollando el método de la «Very Long Baseline Interferometry» (VLBI) -su función es maximizar la resolución de los radiotelescopios terrestres- que tiene una capacidad de magnificación que supera a cualquier otra técnica en el campo. Mi tesis doctoral se centró en usar esta herramienta para observar Sagitario A, el agujero negro de 4 millones de masas solares que hay en el centro de la Vía Láctea. Así que, se puede decir que hace 20 años ya estaba tratando de «ver» qué aspecto tenía un agujero negro.


Fotografía que capta la complejidad de la zona donde está Sagitario A- A. Angelich (NRAO/AUI/NSF); NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI

A últimos de los noventa y a primeros de 2000 adapté la técnica para trabajar con longitudes de onda más largas, donde se consigue mayor capacidad de magnificación. En 2007 conseguimos detectar la escala de la estructura del horizonte de sucesos (algo así como el tamaño de la silueta del agujero negro) en Sagitario A, y así nació el Telescopio del Horizonte de Sucesos.

Construir un instrumento que pueda conseguir una imagen real de un agujero negro ha sido mi meta desde entonces, ¿quién no querría ver lo que no podemos ver? Personalmente, me interesa mucho construir instrumentos para poder mejorar nuestro entendimiento del Universo.

-¿El telescopio del Horizonte de Sucesos podría poner a prueba la Teoría de la Relatividad?

Posiblemente. El tamaño y la forma de la silueta está predicha por la teoría de la gravedad de Einstein. Pero primero tenemos que saber si las fotos que podemos obtener son lo suficientemente nítidas. Estamos luchando contra muchos factores que pueden hacer que las imágenes sean borrosas. Pero si la imagen es nítida, podremos comparar lo que vemos con lo que predecimos.

-¿Qué saben, por el momento, sobre la forma del horizonte de sucesos de Sagitario A?

En este momento solo sabemos que el brillo que viene de Sagitario A tiene el tamaño de la silueta que predice la teoría. También sabemos, gracias a las últimas observaciones del telescopio, que el horizonte es asimétrico.


Simulaciones del horizonte de sucesos de un agujero negro- NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI / Feryel Ozel

Esto es muy interesante, porque esperamos que el anillo de materia que rodea Sagitario A tenga una asimetría así a causa del efecto Doppler: como en un lado del anillo la luz y la materia se mueven hacia nosotros, nos parece más brillante; pero en el otro lado, la luz y el material se están alejando, así que parecen más tenues. (Nota: El efecto Doppler también es responsable de que la sirena de una ambulancia suene distinta cuando el coche se acerca a cuando se está alejando).

-Esperan encontrar una media luna de luz rodeando el disco más oscuro, ¿no? ¿Esto se parecería a la imagen del agujero de la película «Interestellar»?

El agujero negro que sale en la película es casi perfecto. Lo único es que no tuvieron en cuenta la física que hace que la silueta tenga forma de media luna (a causa del efecto Doppler, que ya he mencionado antes). El agujero negro de «Interestellar» tiene el mismo brillo en ambos lados, así que no es correcto. Me imagino que el director pensó que ese detalle era demasiado complejo para que la audiencia pudiera comprenderlo.


Simulación de un agujero negro aparecida en la película «Interestellar»- Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures

-¿Cuáles son los retos tecnológicos más complicados?

Para construir un telescopio global necesitas una capacidad muy precisa de medir el tiempo, que nosotros hemos logrado al sincronizar relojes atómicos a través de GPS. Pero los grandes problemas están en conseguir que el ruido de nuestros sistemas electrónicos sea bajo, porque si no, pueden ocultar las señales que esperamos obtener, cuando comparamos las ondas de radio que capturamos desde sitios geográficos distantes.


La teoría de la Relatividad dice que la sombra del agujero será circular, como en el centro- Eventhorizontelescope.org

¿Por qué ver el horizonte de sucesos pondría a prueba la Relatividad?

Según la teoría, la potente curvatura del espacio-tiempo provocada por la gravedad del agujero negro genera una sombra oscura rodeada por un anillo de fotones en el entorno. También sostiene que la forma de la sombra es casi circular. Por eso, detectar esta sombra y comprobar qué forma tiene es un modo de obtener una prueba experimental de que la Relatividad General es correcta. A causa del efecto Doppler, un lado del anillo es más brillante que el otro.

Esta teoría también sostiene que el diámetro de la sombra es proporcional a la masa del agujero negro. Por eso, detectar esta sombra le permitiría a los astrónomos obetener una estimación directa de la masa de los agujeros negros en función de la distancia a la que se encuentran.

El teorema del no pelo dice que el espacio-tiempo que está en los alrededores de una gujero negro puede expresarse en función de la masa y del giro del agujero negro. El resto de la información queda oculta pro el horizonte de sucesos (por eso se dice que el agujero no tiene pelos, o sea, información, a partir de este punto).

Pero si un agujero violase este teorema, la sombra podría quedar deformada, como en las partes izquierda y derecha de la imagen de arriba. Por eso observar directamente un agujero puede ayudar a descartar o a aceptar este teorema.

FONTE: ABC.ES