Mañana miércoles llegará por fin una de las noticias más esperadas en el mundo de la ciencia en los últimos años. Y no es una frase hecha: a un servidor le toca cada mes de enero escribir una previsión para algún medio sobre lo que nos deparará la investigación científica en el año que empieza, y desde 2017 ha figurado en esos pronósticos una noticia que finalmente se nos escapó durante los dos años pasados, y que por fin verá la luz mañana: la primera foto de un agujero negro.
Los agujeros negros, esos objetos de densidad tan inmensa que se tragan cuanto cae bajo su influjo gravitatorio, son uno de los fenómenos cósmicos más populares, a pesar de que hasta ahora jamás han sido vistos directamente; en realidad, nadie sabe con certeza qué aspecto tendrían si pudiéramos contemplarlos desde una distancia segura.
Simulación de un agujero negro creada por Jean-Pierre Luminet en 1979.
Las razones por las que nadie ha podido contemplar hasta ahora un agujero negro son de lo más trivial: están muy lejos y son, ejem, negros. Respecto a lo primero, el más cercano que se conoce es Sagitario A*, el agujero negro supermasivo que ocupa el centro de la galaxia, a unos 26.000 años luz de la Tierra. Pese a su masa equivalente a cuatro millones de soles, desde nuestra segura lejanía solo ocupa en el cielo el espacio de un punto diminuto.
En cuanto a lo segundo, vemos los objetos gracias a la luz que reflejan, pero los agujeros negros se la tragan. Sin embargo y aunque no podamos observarlos directamente porque no ofrecen ninguna imagen, sí es posible vislumbrar sus efectos. Por ejemplo, su enorme masa actúa como lente gravitatoria; es decir, deforma la luz de los objetos que se encuentran detrás desde nuestro punto de vista. Así, si pudiéramos acercarnos lo suficiente como para entrar en su órbita, contemplaríamos algo parecido a esta simulación construida en 2016 por el astrofísico francés Alain Riazuelo (y que, por cierto, recuerda a un salvapantallas de las antiguas versiones de Windows):
Pero esta fantasmagórica deformación de los objetos alrededor de una nada en movimiento no es lo único que puede observarse de un agujero negro. Su enorme masa convierte a estos objetos en sumideros cósmicos; y tal como el agua gira en espiral alrededor de un drenaje, un agujero negro puede formar a su alrededor un disco de acreción, compuesto por gases y polvo girando a velocidades cercanas a la de la luz. El calentamiento debido a la fricción de los materiales genera un plasma luminoso, que justo en la frontera del horizonte de sucesos –la distancia del agujero negro a la cual la radiación y la materia ya no pueden escapar– dibuja un anillo de luz donde los fotones describen círculos antes de ser tragados por el sumidero.
Durante décadas, los astrofísicos han formulado predicciones sobre el aspecto de esta “sombra”, donde la luz del horizonte de sucesos desaparece. La relatividad general de Einstein predice una forma circular, mientras que otras hipótesis han propuesto que podría tener una imagen más achatada.
En 1979, el matemático francés Jean-Pierre Luminet utilizó por primera vez un modelo computacional para simular el aspecto de un agujero negro con disco de acreción (el modelo de Riazuelo simula un agujero negro desnudo). Con los medios rudimentarios de la época, tuvo que dibujar a mano uno a uno todos los puntos que la computadora le iba indicando. Lo hizo sobre papel fotográfico de negativo, para que al positivarlo después se vieran como brillantes los puntos que él había dibujado, correspondientes a la luminosidad del disco de acreción. El resultado fue la imagen mostrada más arriba.
La imagen de Luminet muestra el disco de acreción visto desde una ligera altura con respecto a su plano. Para comprender lo que estamos viendo debemos entender que las extrañas propiedades del agujero negro nos ofrecen una imagen diferente a la real; el disco es simplemente un disco luminoso, tal cual. Pero mientras que en una imagen de Saturno los anillos desaparecen detrás del planeta, esto no ocurre en el agujero negro: debido a que actúa como lente gravitatoria, la deformación de la luz hace que veamos la parte posterior del disco por encima, como si se desbordara sobre él.
Por otra parte, el efecto Doppler –el mismo que hace cambiar la sirena de una ambulancia cuando pasa junto a nosotros– hace que se vea más luminosa la parte del disco que se acerca hacia nosotros, y más oscura la que se aleja; por eso lo vemos más brillante a un lado y más apagado al otro. Por último, hay que tener en cuenta que la imagen de Luminet muestra el espectro electromagnético completo, y no solo lo que observaríamos como luz visible.
Décadas más tarde, el físico Kip Thorne se basó en esta imagen de Luminet para crear su propia simulación, que sirvió como base para crear el agujero negro de la película de Christopher Nolan Interstellar. Sin embargo, los responsables de la producción optaron por una versión simplificada y estéticamente más llamativa, con una simetría que desprecia el efecto Doppler (la imagen estaría tomada desde el plano del disco de acreción):
Agujero negro retratado en la película ‘Interstellar’. Imagen de Paramount Pictures.
Como respuesta a esta licencia artística de la película, Thorne y sus colaboradores publicaron una versión más realista:
Simulación de un agujero negro creada por Kip Thorne y sus colaboradores. Imagen de James et al / Classical and Quantum Gravity.
En 2007, tres radiotelescopios se unieron para resolver la estructura de Sagitario A*. Con el paso de los años, otros observatorios radioastronómicos se han sumado, creándose una red global llamada Event Horizon Telescope (EHT) cuyo objetivo es convertir la Tierra en un enorme ojo, un telescopio virtual global con la suficiente capacidad de resolución como para poder captar una imagen de Sagitario A*.
El trabajo ha sido titánico; el volumen de datos era tal que no podían transmitirse por internet, sino que debían transportarse en discos físicos por avión hasta las sedes centrales del proyecto en Bonn (Alemania) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts.
Pero por fin y después de años de espera, mañana es el día: a las 3 de la tarde en horario peninsular español (13:00 en tiempo universal coordinado), los científicos del EHT darán a conocer los resultados del proyecto mediante siete ruedas de prensa simultáneas en distintos lugares del mundo, una de ellas en castellano desde Santiago de Chile. Si todo ha salido como se espera, será un hito en la historia de la ciencia. Y aquí se lo contaré.