¿Qué nos dice la imagen de un agujero negro?

Cuando los científicos 'fotografiaron' un agujero negro invisible: la imagen captura el área a su alrededor, generada a partir de datos recopilados por un conjunto de telescopios, y proporciona una plataforma para comprender mejor los agujeros negros.

Primera imagen de un agujero negro. Capturado por el proyecto Event Horizon Telescope. (Fuente de la imagen: National Science Foundation)

Se supone que los agujeros negros son las regiones más oscuras de todo el universo. Y, sin embargo, cuando los científicos anunciaron la semana pasada que habían podido, por primera vez, capturar una fotografía de un agujero negro, la imagen que revelaron era cualquier cosa menos oscura. Apareció de color naranja brillante y en forma de rosquilla en lo que se convirtió en una de las imágenes de mayor circulación en la última semana. Cuando la luz no puede escapar de un agujero negro, ¿cómo se logró la fotografía y qué hace que el logro sea importante?

Lo que muestra la imagen

El tema principal de la fotografía, un agujero negro ubicado a 55 millones de años luz de la Tierra, en el centro de una galaxia llamada Messier 87, estaba confinado al núcleo central pequeño y oscuro de la forma de rosquilla en la imagen, identificable solo por el brillante entorno en el que estaba encerrado. Esta era la única forma en que se podía fotografiar un agujero negro: capturando toda el área que lo rodea. El agujero negro en sí no emite ni irradia luz, ni ninguna otra onda electromagnética que pueda ser detectada por instrumentos construidos por seres humanos. Pero el área justo fuera del límite del agujero negro, conocida como horizonte de eventos, que tiene grandes cantidades de gas, nubes y plasma girando violentamente, emite todo tipo de radiaciones, incluso luz visible.

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Tampoco fue fácil fotografiar el exterior del agujero negro. El agujero negro en cuestión tenía un diámetro de 1,5 días luz, o unos 40 mil millones de kilómetros. El anillo fuera de un agujero negro generalmente tiene una extensión de 4 a 5 veces mayor. Pero la gran distancia desde la Tierra significaba que grabar algo mejor que una imagen del tamaño de un punto no era físicamente posible con los instrumentos disponibles. Los científicos habían calculado que una imagen de mayor resolución, como la que finalmente pudieron capturar, requería un telescopio cuya antena fuera tan grande como la propia Tierra.

Por que importa

James Cameron Worth

Los científicos han estado usando imágenes simuladas por computadora de agujeros negros durante varios años para estudiar estas regiones. Por primera vez, tienen una imagen real. Si bien parecen bastante similares, los científicos ahora comenzarán a observar de cerca la imagen real para ver si difiere de las imágenes simuladas por computadora en los detalles, y si estas diferencias podrían explicarse por instrumentación, observación u otros errores. Esto puede proporcionar una prueba para las teorías existentes del universo y conducir a una mejor comprensión de los agujeros negros y la naturaleza del universo mismo.

Elegir el agujero negro

Había una alternativa a fotografiar el agujero negro en la galaxia M87: intentar fotografiar un agujero negro que estaba mucho más cerca. Hay miles, posiblemente millones, de agujeros negros mucho más cerca de la Tierra, pero no todos los agujeros negros podrían ser candidatos para ser fotografiados. Los científicos estaban buscando un tamaño particular de agujero negro, lo suficientemente grande como para ser capturado por los instrumentos disponibles en la Tierra. El agujero negro de la galaxia M87 es aproximadamente 6 mil millones de veces el tamaño del Sol, y uno de los más grandes conocidos. No hay ningún agujero negro de tamaño comparable más cerca de la Tierra.

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No obstante, había un candidato en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. El agujero negro Sagitario A *, en el centro de la Vía Láctea, tiene aproximadamente 4,3 millones de veces el tamaño del Sol y se encuentra a solo 25.000 años luz de la Tierra. Está unas 2.000 veces más cerca de la Tierra en comparación con la de la galaxia M87, pero también unas 1.500 veces más pequeña. Por tanto, en escala, los dos candidatos a agujeros negros ofrecían oportunidades similares para ser fotografiados.

Configurar el telescopio

Un telescopio del tamaño de la Tierra no era algo que pudiera estar disponible. Entonces, los científicos tuvieron que idear nuevos métodos ingeniosos para superar las limitaciones de sus instrumentos. Decidieron utilizar ocho de los radiotelescopios más grandes y sofisticados del mundo y los vincularon con una técnica que podría hacerlos actuar como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Los telescopios realizaron grabaciones simultáneas de las radiaciones provenientes de la región del agujero negro. Cada uno de los telescopios estaba equipado con relojes atómicos para que sus grabaciones pudieran luego coincidir con extrema precisión.

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Cada uno de los telescopios recogió la radiación procedente de la región del agujero negro. Pero debido a las limitaciones de tamaño, todos tenían información muy limitada sobre el agujero negro. Hacer coincidir los datos registrados por cada uno de estos telescopios en momentos exactos en el tiempo les dio a los científicos algo más de información, pero no se pudo hacer nada sobre la enorme cantidad de información que estos telescopios no pudieron capturar.

Construyendo imagen a partir de datos

Es aquí donde los científicos tomaron la ayuda de supercomputadoras para recrear la imagen completa del agujero negro con la información limitada que habían capturado los telescopios. La reconstrucción de imágenes completas con datos limitados no es inusual. Las técnicas de compresión que utilizamos para reducir el tamaño de los archivos de música, imágenes o videos en nuestras computadoras funcionan con principios similares. Desechamos mucha información mientras reducimos el tamaño, pero la computadora aún puede recrear la música o el video, aunque con cierta pérdida de calidad.

Por supuesto, el desafío para los científicos que trabajaban en la imagen del agujero negro era más complicado que las técnicas utilizadas para la compresión de archivos. Tenían una gran cantidad de datos con los que lidiar y, sin embargo, información extremadamente limitada obtenida directamente de la radiación. Por lo tanto, no es sorprendente que tuvieran que escribir algoritmos completamente nuevos, utilizando enfoques innovadores, para regenerar la imagen.

Como resultado, una gran cantidad de píxeles en esa foto presentada al mundo podría haber sido generada por la computadora. Pero se generaron utilizando la información en los píxeles que fueron el resultado de la observación directa de los telescopios, en lugar de ser producidos a partir de modelos matemáticos, como sucede en las imágenes simuladas por computadora.

Algunas de las supercomputadoras más rápidas del mundo tardaron dos años en procesar la enorme cantidad de datos y recrear la imagen del agujero negro en la galaxia M87. Aún no se ha publicado una fotografía del agujero negro Sagitario A *, aparentemente porque la imagen aún no está lista.

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