TECNOLOGÍA Y CIENCIA |
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Este miércoles 10 de abril el consorcio Event Horizon Telescope (EHT), ha confirmado por primera vez con una imagen directa la existencia de estos desconcertantes cuerpos predichos por la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.
Es sin duda un momento histórico que ayudará a nuestra comprensión de los agujeros negros y ratifica por primera vez las predicciones de la teoría de la relatividad en las condiciones de gravedad extrema que supone un agujero negro supermasivo.
La información difundida corresponde concretamente al agujero negro central de la galaxia Messier 87 (M87) en el cercano cúmulo de galaxias Virgo, a una distancia de 55 millones de años luz, un objeto, con unas dimensiones difíciles de abarcar por la comprensión humana y que solo podemos definir como “monstruosas”, con una masa equivalente a 6.500 millones de soles. Ejemplo de cooperación científica y participación española Dada la magnitud de la noticia, así como el enorme equipo que ha participado con más de 200 expertos y la gran cantidad de recursos empleados para la histórica investigación, está se anunció en seis ruedas de prensa simultáneas celebradas en Washington, Bruselas, Santiado de Chile, Shanghái, Taipei y Tokio resaltando así la gran labor de colaboración internacional que supone EHT. Además el gran hito aparece en una serie de seis artículos científicos publicados en una edición especial de la revista Astrophysical Journal Letters. Podemos decir con orgullo que hemos participado en este importante proyecto, estando presentes con el radiotelescopio IRAM, de 30 metros, construido junto al Pico Veleta en Sierra Nevada, (Granada) uno de los siete que han formado parte del EHT y por ello en Madrid, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) también organizó otra rueda de prensa para hablar de la participación española, donde han colaborado investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía, del Instituto Geográfico Nacional, del Instituto de Radioastronomía Milimétrica y de la Universidad de Valencia. Para que nos hagamos una pequeña idea de la magnitud del acontecimiento, por ejemplo, el comisario europeo de Investigación, Ciencia e Innovación, Carlos Moedas, declaro en Bruselas que:
“la historia de la ciencia quedará dividida entre el tiempo antes de la imagen y el tiempo después de la imagen”
Ha subrayado incluso que la colaboración internacional de los científicos “da una lección a los políticos”. Y no es para menos, el proyecto ha supuesto un ejemplo histórico de la capacidad para obtener resultados positivos de envergadura gracias a la colaboración científica internacional en un trabajo que jamás se hubiese podido realizar sin la voluntad cooperadora de muchas naciones y personas.
EHT el mayor proyecto para la observación de agujeros negros El consorcio EHT (iniciales en inglés de Telescopio del Horizonte de Sucesos, en referencia al punto de no retorno en los agujeros negros a partir del cual ya ni la luz puede escapar) ha estado durante años observando los dos agujeros negros que tienen un tamaño relativo más grande en el cielo cuando se observan desde nuestro planeta. El primero de ellos (el que no corresponde a la imagen presentada) está en el centro de la Vía Láctea, la galaxia donde está nuestro sistema solar y tiene una masa 4,3 millones veces mayor que la del Sol pero comprimida en tan solo el diámetro de 30 soles. Quizás eso nos pueda parecer algo “muy grande”, es decir 30 soles, pero para que nos hagamos una idea de la brutal compresión, ¡estaríamos hablando de una concentración miles de veces superior a coger nuestro coche y prensarlo hasta meterlo en el tamaño de una canica o incluso una cabeza de alfiler! Pues con todo, este agujero negro que tenemos en el centro de nuestra Vía Láctea es pequeño comparado con los que pueden haber en el centro de una gran galaxia, - lo que llamaríamos un “agujero negro supermasivo”. Y el más cercano a la Tierra, con estas características está a una distancia de 26.000 años luz. Así pues, el del centro de la galaxia M87, -del cual se ha conseguido la primera imagen histórica- a diferencia del nuestro, es un auténtico “monstruo” con una masa, como ya hemos mencionado de 6.500 millones de soles frente a los 4,3 millones del situado en el centro de la galaxia, es decir resulta unas 1.500 veces más masivo que el de la Vía Láctea. Su tamaño es tal, que aunque está 2.000 veces más lejos (55 millones de años-luz de nosotros), es tan enorme y sigue estando relativamente tan cerca de nosotros para el tamaño del universo conocido, que la galaxia M87 se puede ver con un simple telescopio para aficionado de los que se pueden adquirir en cualquier sitio, por lo que junto con la Vía Láctea era el candidato ideal para este estudio.
Para hacernos una idea de la potencia necesaria para observar M87 desde la Tierra, podemos decir que sería como mirar desde la Luna una bola de billar en la superficie de nuestro planeta.
Cuando observamos objetos muy distantes desde nuestra esfera azul pálido tenemos un grave obstáculo debido a un fenómeno físico llamado difracción, el cual hace que exista un límite en el tamaño de los objetos distantes que se pueden ver y que cuanto más pequeños o lejanos sean, obliga a que mayor sea el telescopio necesario (en este caso, digamos que hemos tenido que usar un telescopio del tamaño, nada más y nada menos que de ¡la Tierra!) Como ha declarado Sheperd Doeleman, astrofísico de la Universidad de Harvard (EE.UU.) y director del consorcio EHT, aunque las imágenes presentadas este miércoles corresponden al agujero negro de M87, el de la Vía Láctea también “es muy interesante y complejo” por lo que están trabajando en él y pronto esperan tener resultados que presentar. Con tal perspectiva de éxito el consorcio observó estos dos agujeros negros durante un periodo de diez noches en abril del año 2017 a través de una red de ocho radiotelescopios situados en ALMA (Chile), APEX (Chile), IRAM (Madrid. España), LMT (Gran Telescopio Milimétrico, México), SMT (Arizona, Estados Unidos), JCMT (Hawai, Estados Unidos), SMA (Hawai, Estados Unidos), SPT (Polo Sur) Los equipos de estos centros, tras una titánica labor de coordinación y sincronización apuntaron al centro de la Vía Láctea y la galaxia M87 simultáneamente. Para conseguir tal precisión se emplearon relojes atómicos con el objetivo asegurar en la práctica que las mediciones realizadas equivaliesen a un único radiotelescopio con un diámetro equivalente al de la Tierra. 2 años analizando los datos de unas pocas noches Tras la obtención de cantidades enormes de información tan solo durante unas noches, ha sido necesario dos años de trabajo para analizar y corregir todos esos datos observados, comprenderlos y descartar los valores erróneos. En este caso concreto, el equipo de EHT decidió detectar la luz que rodea al horizonte de sucesos en la longitud de onda de aproximadamente un milímetro. Con dicha banda del espectro electromagnético la luz puede sortear con más facilidad los obstáculos de materia, gas y polvo en el larguísimo trayecto que separa el centro de la galaxia M87 hasta el Sistema Solar en la Vía Láctea. Ahora bien para poder observar el agujero negro en esa longitud de onda, hacía falta un radiotelescopio del tamaño de la Tierra, algo físicamente imposible, por lo que se creó la red de telescopios del EHT, para unificar de manera sincronizada los datos procedentes de las antenas situadas en todo el planeta mediante un proceso llamado interferometría. Con la tecnología actual, cuantos más observatorios se añaden, incluso a más distancia, mejora la resolución de la zona a observar tras sincronizar las observaciones con relojes atómicos. Los datos sumaban en total la desconcertante cifra de cuatro millones de gigabytes, que luego un superordenador procesó teniendo en cuenta la reproducción de los distintos telescopios y la diferencia horaria entre la llegada de las ondas electromagnéticas a cada uno. Una labor donde astrónomos, matemáticos o ingenieros han trabajado durante estos dos años. Para garantizar la veracidad de los datos resultantes tres programas independientes de inteligencia artificial extrapolaron los datos inexistentes para generar la imagen más probable de concordar con la realidad. Es más, tras hacer públicos los resultados, el trabajo no ha hecho más que comenzar, de cara al futuro, se va a continuar las observaciones directas de agujeros negros, ya que gracias a estas primeras imágenes se puede decir que ya prácticamente ha nacido un nuevo campo de investigación astronómica. La misma red del EHT no para de crecer y tan solo el año pasado se amplió con un noveno radiotelescopio situado en Groenlandia y este mismo año se ampliará con un décimo situado en Arizona. Más adelante se pretende continuar las observaciones en el espacio diseñando un telescopio espacial que permita observar agujeros negros sin perder la información que se pierde por la interferencia de la atmósfera terrestre.
¿Pero qué estamos viendo realmente?
En las imágenes y animaciones ofrecidas en las ruedas de prensa que han dado la vuelta al mundo puede apreciarse un disco oscuro, -que sería el agujero negro, propiamente dicho-, rodeado por un “anillo de luz” que se aprecia más brillante en la parte inferior que en la superior y que correspondería a la zona del “horizonte de sucesos” Dicho anillo rodea al horizonte de sucesos, es asimétrico y está en rotación girando a muy alta velocidad alrededor del agujero negro. En la región inferior, la luz se desplaza hacia el observador (es decir, hacía la tierra) y aparece más brillante, mientras que en la parte superior, la luz se aleja y aparece más tenue, lo cual ha permitido determinar también que el agujero negro gira en sentido horario. Todo esto comenzó cuando este agujero negro supermasivo M87 sorprendió a la comunidad científica al desvelarse que emitía un potente radiación que se extendía durante unos 5.000 años luz en ambos direcciones. Como un haz de materia que podrían ser partículas cargadas (protones y electrones) procedentes de regiones cercanas al centro de este. Así que no sería correcto decir que el agujero negro en sí esté emitiendo luz, sino que surge en su horizonte de sucesos. Su tremenda relevancia radica en que hasta ahora, la existencia de estos objetos extremadamente densos se conocía solo por métodos indirectos, pero nunca se había observado uno, solo podían inferirse por alteraciones en el espacio cercanas a su supuesta localización. Realmente lo que los investigadores han creado es la imagen resultante de procesar y unificar los datos registrados por la red de los ocho radiotelescopios repartidos por todo el mundo, actuando todos sincronizádamente hasta el punto de comportarse como si todos ellos fueran una sola antena con la superficie del tamaño de la Tierra, gracias a la precisión que nos permiten los relojes atómicos para sincronizar los resultados. Y por tanto, a la unión de todos estos telescopios se le llama Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) pues en la práctica actúan como solo uno. El EHT tomó en realidad cuatro imágenes consecutivas, los días 5, 6, 10 y 11 de abril de 2017, y luego todas fueron analizadas con independencia unas de otras y tratadas con la misma rigurosidad. El resultado fue que las cuatro imágenes coincidieron tras el tratamiento de la descomunal masa de datos, con lo cual no cabe duda de que el agujero negro en la galaxia M87 tiene la forma que muestran las imágenes analizadas de forma independiente. Y una pequeña ausencia La rueda de prensa aún podría haber sido más impactante, pues se esperaba que se mostrase la imagen de otro agujero negro: Sagitario A*, el otro agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, que también han estudiado. Antxon Alberdi, director del Instituto de Astrofísica de Andalucía, explicó en la rueda de prensa en Madrid que esta imagen no está todavía lista por “dificultades técnicas,” pero que también se logrará con la adición de nuevos telescopios a la red EHT. Confirmaciones históricas e impacto histórico Hace ya más de un siglo que Albert Einstein predijo y calculó como la fuerza de gravedad podía distorsionar el espacio-tiempo. Su trabajo ya predecía que un cuerpo de altísima densidad podría estar detrás de un horizonte de sucesos, es decir el punto límite a partir del cual la atracción del agujero negro es inevitable y todo queda inexorablemente atrapado y destruido por la brutal gravedad. Es justamente este horizonte límite lo que se aprecia en la imagen recién publicada, ya que el agujero negro, por definición, no se puede ver, pero emite partículas en ese límite mencionado que si podemos observar y frente a esa iluminación, de fondo, se observa una silueta oscura que es en sí, la sombra del agujero negro. Una vez más las predicciones de Einstein se han confirmado muchos años después, sus ecuaciones de la relatividad también predijeron que un horizonte de sucesos debería tener forma circular y tamaño proporcional a la masa del agujero negro, algo que esta imagen a demostrado nuevamente. La teoría de la relatividad general explica perfectamente el comportamiento del universo a gran escala, pero es incompatible con la mecánica cuántica, que explica el comportamiento de las partículas subatómicas. Con esta última investigación, los científicos han constatado que las ecuaciones de la gravedad se sostienen incluso bajo las condiciones más extremas en torno al agujero negro, confirmando las predicciones de Einstein. Los investigadores han analizado y medido con precisión el horizonte de sucesos y es extremadamente circular, por lo que concuerda con las ecuaciones de la relatividad de nuevo. Como han declarado por ejemplo Mar Mezcua y Carlos F. Sopuerta, investigadores del Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC, ICE-CSIC) expertos en la naturaleza de los agujeros negros:
"Es todo un hito en el mundo de la astrofísica", "Esta imagen demuestra que la investigación sobre el universo que hemos realizado en los últimos 100 años, basada en gran parte en la teoría de la relatividad general de Einstein, ha ido en la línea correcta. Y esta es una noticia fantástica en sí misma"
"Ahora tenemos la prueba definitiva de que el marco teórico con el que hemos estado trabajando es el que mejor se ajusta a la realidad. Hemos pasado de preguntarnos si los cálculos que habíamos realizado, en los que ya se apuntaba a la existencia de este fenómeno, eran correctos a tener una prueba contundente de ello"
¿Qué es un “agujero negro” y el “horizonte de sucesos” realmente?
Estos fenómenos (por intentar llamarlos de alguna manera) son uno de los mayores misterios del Universo, casi inabarcables para la comprensión del intelecto humano, en principio se definen como una región en el espacio donde la fuerza de gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, es capaz de escapar. La gravedad es tan poderosa porque la materia ha sido comprimida en un espacio diminuto y provoca por tanto una presión y temperatura brutal en esa masa compacta. Además, no paran de crecer engullendo toda la materia a su alrededor, principalmente estrellas y planetas que se aproximen a él. Cuando estos cruzan un límite llamado “horizonte de sucesos”, quedarán irremisiblemente atrapados y ya no podrán regresar al espacio exterior. Por definición, son unos objetos que teóricamente deberían ser imposibles de fotografiar. Si no hay luz o emisión alguna en el espectro electromagnético, tampoco hay fotografía. Así que, técnicamente, las primeras imágenes (cuidado no fotografías, como decimos) no son un retrato directo de estos cuerpos celestes sino una imagen de su sombra, de la radiación o materia que se forma justo a su alrededor. Sin embargo, los agujeros negros pueden ser capaces de emitir radiación, lo cual fue conjeturado por Stephen Hawking en la década de 1970. La radiación emitida por agujeros negros como Messier 87 (M87) no procede por tanto del propio agujero negro, sino de su disco de acreción. Tipos de agujeros negros según su masa Por otro lado se considera que los agujeros negros son de cuatro variedades: Agujeros negros supermasivos: compuestos por varios millones de masas solares, se encontrarían en el corazón de muchas galaxias, formándose en el mismo proceso que da origen a los componentes esféricos de las galaxias. Agujeros negros de masa intermedia: (IMBH) es una clase de agujero negro con una masa en el rango de 100 a un millón de masas solares, significativamente más grandes que los agujeros negros estelares, pero inferiores a los agujeros negros supermasivos. Agujeros negros de masa estelar: Es el tipo de agujeros negros postulados por primera vez dentro de la teoría de la relatividad general. Se forman cuando una estrella de más de 30-70 masas solares se convierte en una supernova e implosiona. Como resultado tienen más de tres masas solares y su núcleo se concentra en un volumen muy pequeño que cada vez se va reduciendo más. Micro agujeros negros: Son objetos hipotéticos, algo más pequeños que los estelares. Si son suficientemente pequeños, pueden llegar a evaporarse en un período relativamente corto mediante emisión de radiación de Hawking. Este último tipo de entidades físicas es postulado en algunos enfoques de la gravedad cuántica y no se generarían en un proceso convencional de colapso gravitatorio, el cual requiere masas superiores a la del Sol. Como ya hemos comentado y en resumen podemos decir que los agujeros negros se supone que nacen de la muerte de una estrella (como podría ser una “gigante roja”), una estrella de gran masa que ha consumido su combustible nuclear. Cuando una estrella de este tipo llega al final de su vida, su fuerza gravitatoria comienza a ejercer fuerza sobre sí misma y las reacciones nucleares ya no pueden compensar esa atracción, creando una masa concentrada en un pequeño volumen (que convierte la estrella en lo que llamamos una “enana blanca”) Llegado este momento, la estrella puede colapsar por su propia fuerza gravitacional y pasa a ser transformarse agujero negro, un proceso que fue ya ampliamente estudiado desde mediados del siglo XX por diversos científicos, como Stephen Hawking o Roger Penrose. Y luego, para ser sinceros, el centro de un agujero negro es un auténtico misterio, en él la curvatura del espacio-tiempo se vuelve infinita y se produce una singularidad, es un punto donde las leyes de la física que conocemos dejan de ser válidas y realmente nadie se pone de acuerdo en que ocurre en ese punto, lo que ha llevado a muchas hipótesis, una muy conocida es que el “Big Bang” que originó nuestro universo pudo ocurrir como consecuencia de un agujero negro. Los detalles de qué sucede con la materia que cae más allá de este horizonte de sucesos dentro de un agujero negro no se conocen porque para escalas pequeñas sólo una teoría cuántica de la gravedad podría explicarlos adecuadamente, pero hoy en día no existe una repuesta coherente. De todas maneras para muchos físicos solo es una hipótesis confusa todavía, porque ese punto donde el volumen seria “0” y la masa virtualmente infinita, no deja de ser algo física y matemáticamente imposible que ha llevado a intensas polémicas. A partir de ahora sin embargo un nuevo “horizonte” de respuestas se abre ante nosotros y por fin una gran prueba científica que ayuda a unir todas las teorías que intentan dar respuesta a lo que ocurre en nuestro universo, de lo increíblemente pequeño a lo más gigantesco que podamos imaginar. Autor: Inflexion Point Doctor (J.F.Alonso) Temas relacionados: Divulgación científica, Astronomía, Inflexion Point Doctor, Investigación Y Ciencia, Tecnología Reconocimientos y más información sobre la obra gráfica ADVERTENCIA: En este foro, no se admitirán por ninguna razón el lenguaje soez y las descalificaciones de ningún tipo. Se valorará ante todo la buena educación y el rigor sobre el tema a tratar, así que nos enorgullece reconocer que rechazaremos cualquier comentario fuera de lugar.
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