Así funcionan los telescopios que estudian el agujero negro de la galaxia

Seguro que a estas alturas ya te has enterado de que se ha conseguido la primera foto de un agujero negro. Lo que quizás no sepas es cómo se ha conseguido y por qué ha costado tanto hacerlo. El éxito ha estado en coordinar los telescopios más sensibles de cuatro continentes para conseguir esa imagen. Uno es español, el IRAM de 30 metros del Pico Veleta en Granada y la red se llama EHT: Event Horizon Telescope.

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La científica que consiguió unir el rompecabezas y generar la imagen es una joven americana de 29 años, Katie Bouman. Ella ha descrito el trabajo de reconstrucción de la imagen a partir de los datos de los telescopios repartidos por el mundo como “recomponer una canción”. Este vídeo que ella misma subió a YouTube hace dos años lo muestra: poco imaginaba lo famosa que se haría con la ya popular foto del agujero negro…

Qué es el “horizonte de sucesos”

Las siglas EHT (Event Horizon Telescope) se refieren al “Horizonte de Sucesos” (o “de Eventos” según la traducción). Es algo que Albert Einstein definió en su Teoría de la Relatividad General y además predijo que habría siempre uno en presencia de un agujero negro. Viene a ser una frontera que separa sucesos (espacio-temporales) a ambos lados, es decir lo que ocurre en un lado puede no ser visto o influir en el otro. Seguramente hayan sido las películas de ciencia ficción las que más nos hayan enseñado sobre estos temas.

Telescopios EHT y agujero negro (7)_1200
Así, todos sabemos ahora que un agujero negro es “negro” porque su atracción gravitatoria es tan grande que ni siquiera deja escapar la luz. Es decir alguien fuera del agujero negro (en el otro lado de ese “horizonte de eventos”) no podrá ver qué pasa dentro. De alguna forma, un agujero negro “se ve” desde fuera por su silueta opaca y oscura, sobre un fondo estelar que sí tiene fuentes de luz y brilla. El borde de esa zona oscura es el horizonte de eventos: más dentro la luz no escapa y lo vemos negro.

Muy lejanos

La dificultad de observar un agujero negro es que están muy lejanos. Los dos conocidos que más atención han captado de los astrofísicos son dos. El “Sagitario A” que está en el centro de la Vía Láctea (nuestra galaxia) y el corazón de la galaxia M87 en la constelación de Virgo. El primero está a unos 26.000 años luz de La Tierra, el segundo está a 55 millones de años luz nuestro, y fue el elegido en esta ocasión. Está mucho más lejos, pero es mucho más grande: la parte negra de la foto es como el doble de nuestro Sistema solar (la órbita de Plutón alrededor del Sol).

Uno de los científicos involucrados en el proyecto comparó la dificultad de captar la imagen de ese agujero negro con la de hacer una foto de una naranja que estuviera en la superficie de la Luna. Sin telescopios independientes capaces de tan alta resolución, la solución fue sincronizar varios en diferentes puntos de La Tierra. Precisamente eso es el EHT.

The Event Horizon Telescope and Global mm-VLBI Array on the Eart

La red de telescopios EHT que recogió la información.

Si no lo veo, no lo creo

La teoría que define los agujeros negros está aceptada por la comunidad científica, pero faltaba la prueba clave. Una imagen que pudiera ofrecerse al público, mucho más fácil de creer que fórmulas en una pizarra. El grupo de telescopios del EHT ha buscado precisamente lograr esa imagen. Al combinar los radiotelescopios más sensibles de cuatro continentes, se ha conseguido multiplicar su resolución hasta lo necesario para captar esa imagen de la “sombra” de un agujero negro. Ese horizonte de sucesos, del que la luz no puede escapar.

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El agujero negro en el centro de M87

Usando telescopios repartidos por varios continentes, y la rotación de la Tierra, se forma el equivalente a un telescopio del tamaño de nuestro planeta. Los telescopios que han participado, entre otros, son los chilenos ALMA y APEX, el español IRAM (Sierra Nevada), el LMT (México), el JC Maxwell de Hawai y el SPT de la Antártica.

telescopio IRAM 30m_1200

El telescopio IRAM de Sierra Nevada

Hace dos años, en abril de 2017, el grupo de telescopios del EHT apuntó al centro de la galaxia M87 donde se supone que hay un enorme agujero negro. La recogida de datos llevó meses, y su estudio posterior más meses todavía. Al final, se consiguió la imagen que hemos visto en todos los noticiarios y periódicos estos pasados días: ¡un agujero negro a la vista!

Éxito histórico

En la foto se ve el brillo de fondo y la sombra que genera el perfil del agujero negro. Una zona, como predijo Einstein, de la que ni siquiera la luz puede escapar, con un anillo de luz alrededor. Se aprecia la sombra del agujero negro iluminada por el brillo de la luz curvada a medida que es absorbida a través del horizonte de sucesos.

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Simulaciones teóricas del aspecto del agujero negro (línea superior) y la imagen real (debajo).

Los científicos creen que han tenido mucha suerte de poder conseguir esta imagen a la primera. Pensaban que tendrían que estar muchos años trabajando con la sincronización de los diferentes telescopios, y otros tantos años estudiando la información, para alcanzar un resultado parecido. El siguiente reto es conseguir una imagen parecida del agujero negro que tenemos en el centro de nuestra galaxia, la vía Láctea.

Cómo y quién: Katie Bouman

¿Cómo se “juntan” las imágenes o datos de los diferentes radiotelescopios? La teoría sobre la que se basa es la “interferometría de muy larga base” (VLBI en inglés). Se observa el mismo objeto con diferentes radiotelescopios. Al estar situados en diferentes puntos del planeta tienen una perspectiva ligeramente diferente. Cuando se integran los datos de cada uno, se puede obtener una imagen “conjunta” muy ampliada, que es el resultado que conocemos. La sincronización se consigue gracias a relojes atómicos de enorme precisión (nanosegundos).

Katie Bouman y los discos duros

Katie Bouman y los discos duros con los datos.

Aquí fue fundamental el trabajo de Katie Bouman: esta joven científica americana de 29 años tenía esta idea en la cabeza. Desarrolló unas tareas informáticas destinadas a procesar esos datos y ya se ha hecho famosa su foto con las decenas de discos duros que contenían los datos del EHT. O su post en Facebook delante de su ordenador con la primera imagen, que luego se conocería a nivel mundial. Necesitaron algo de suerte con el tiempo cuando se tomaron las imágenes (pocas nubes en todas partes). Y que el programa reconstruyera con éxito la imagen. Fue “como recomponer una canción conociendo algunas notas” dijo la propia Katie Bouman cuando subió el vídeo hace casi dos años.

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