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La mayoría de las imágenes de los agujeros negros son ilustraciones. Esto es lo que nuestros telescopios captan realmente.

Actualización: en abril de 2019, los científicos publicaron la primera imagen de la historia de un agujero negro. Puedes verla aquí, y aprender más sobre cómo se hizo esta histórica imagen.

Imposiblemente densos, profundos y poderosos, los agujeros negros revelan los límites de la física. Nada puede escapar a uno, ni siquiera la luz.

Aunque los agujeros negros excitan la imaginación como pocos conceptos en la ciencia, lo cierto es que ningún astrónomo ha visto realmente uno. Los hemos «oído», por así decirlo, ya que los científicos han registrado las ondas gravitacionales (ondulaciones literales en el espaciotiempo) que emanan de los agujeros negros que colisionaron entre sí hace miles de millones de años.

Pero cualquier foto que hayas visto de una masa oscura deformando el espaciotiempo… bueno, es sólo una ilustración. Como esta:

NASA/Goddard

Esto podría cambiar pronto. El 10 de abril, una colaboración llamada Event Horizon Telescope está lista para anunciar los resultados de un esfuerzo para capturar una imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. La Fundación Nacional de la Ciencia describe los resultados como «innovadores». Y si se produce una imagen, será un logro notable. Porque por muy masivos que sean los agujeros negros, en realidad son increíblemente difíciles de ver de cerca.

Por qué ningún astrónomo ha visto nunca un agujero negro con un telescopio

Los agujeros negros nacen cuando las estrellas masivas colapsan sobre sí mismas y crean una región de gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de sus garras. Los astrónomos también especulan con la posibilidad de que algunos agujeros negros se hayan formado en el caótico universo primitivo tras el Big Bang.

El mayor problema para intentar ver un agujero negro es que incluso los supermasivos (con masas millones de veces más pesadas que nuestro sol) son relativamente diminutos.

«El más grande del cielo el agujero negro del centro de la Vía Láctea», explicó Dimitrios Psaltis, astrofísico de la Universidad de Arizona, en un correo electrónico. «Y tomar una foto de él equivaldría a tomar una foto de un DVD en la superficie de la Luna».

Además, debido a su fuerte gravedad, los agujeros negros tienden a estar rodeados de otra materia brillante que dificulta la visión del objeto en sí.

Por eso, al buscar agujeros negros, los astrónomos no suelen intentar la observación directa. En su lugar, buscan pruebas de los efectos de la gravedad y la radiación de un agujero negro.

«Solemos medir las órbitas de las estrellas y el gas que parecen dar vueltas alrededor de ‘puntos’ muy oscuros en el cielo y medir cuánta masa hay en ese punto oscuro», dice Psaltis. «Si no conocemos ningún otro objeto astrofísico que pueda ser tan masivo y tan oscuro como lo que acabamos de medir, lo consideramos una prueba muy sólida de que allí se encuentra un agujero negro».

Sin embargo, tenemos imágenes indirectas de los agujeros negros

Algunas de las mejores imágenes indirectas de los agujeros negros proceden del Observatorio de rayos X Chandra. «La fricción y las altas velocidades del material que se forma a partir de un agujero negro producen naturalmente rayos X», dijo Peter Edmonds, astrofísico de la NASA y especialista en comunicaciones que trabaja con Chandra. Y Chandra es un telescopio espacial especialmente diseñado para ver esos rayos X.

Por ejemplo, el observatorio Chandra documentó estos «eructos» de rayos X procedentes de la fusión de dos galaxias situadas a unos 26 millones de años luz. Los astrofísicos sospechan que estos eructos proceden de un enorme agujero negro:

De forma similar, las manchas fucsias de esta imagen son regiones de intensa radiación de rayos X, que se cree que son agujeros negros que se formaron cuando dos galaxias (los anillos azul y rosa) chocaron:

Rayos X: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Óptico: NASA/STScI

Aquí están los rayos X y las ondas sonoras que emanan de la región central del cúmulo de galaxias de Perseo – más evidencia indirecta de un agujero negro:

Y en este GIF, el telescopio Chandra vio una gran llamarada de rayos X procedente del agujero negro que se sospecha que está en el centro de la Vía Láctea.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

Y aquí hay una imagen ampliada de esa llamarada de rayos X.

Una vista ampliada de la llamarada de rayos X desde el centro de la Vía Láctea.

Incluso puede haber hasta 20.000 agujeros negros más pequeños rodeando al agujero negro masivo del centro de nuestra galaxia.

Recientemente, un equipo de investigadores encontró evidencia de una docena de agujeros negros a menos de tres años luz del centro galáctico. En la siguiente imagen de rayos X, están marcados en azul.

Nature

Los agujeros negros sólo liberan radiación de rayos X cuando consumen materia (como la de una estrella vecina). Pero estos agujeros negros devoradores son en realidad bastante raros. Lo más frecuente es que los agujeros negros permanezcan indetectables. Pero el hecho de que los científicos hayan podido encontrar esta docena de agujeros negros «brillantes» sugiere que hay decenas de miles más en esta región.

Podemos ver cómo los agujeros negros arrojan enormes chorros de materia al universo

Esta imagen compuesta (que combina datos del Hubble y de un radiotelescopio) muestra chorros de energía y materia que salen del centro de la galaxia Hércules A. Estos chorros salen disparados casi a la velocidad de la luz, demostrando el impresionante poder destructivo de los agujeros negros.

NASA/Hubble

Esta siguiente imagen muestra chorros masivos que se cree que se alejan del agujero negro del centro de Centaurus A, una galaxia situada a 13 millones de años luz. Los chorros son más largos que la propia galaxia.

ESO/WFI (visible); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microondas); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rayos X)

Los astrónomos han observado estrellas orbitando aparentes agujeros negros

No podemos ver un agujero negro. Pero podemos observar los efectos de la extrema gravedad de un agujero negro sobre los objetos que lo rodean. Aquí tienes una ilustración muy chula de eso.

Estás viendo 20 años de datos sobre las estrellas que viven cerca del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, llamado Sagitario A* (hablado en voz alta es «estrella Sagitario A»). Y sí, las estrellas -algunas muchas veces más masivas que nuestro sol- están orbitando alrededor de él.

Aquí hay otra mirada al mismo fenómeno. Este vídeo incluye 16 años de observaciones del Observatorio Europeo del Sur, o ESO. No se trata de una animación: son imágenes reales de estrellas aceleradas por un factor de 32 millones. Míralas bailar alrededor de un misterioso centro vacío.

ESO/MPE

La estrella S2, que está marcada en el primer vídeo con una línea amarilla, es unas 15 veces más masiva que nuestro sol. Eso es grande. Pero no es nada comparado con el agujero negro, que se estima que es unas 4 millones de veces más masivo que nuestro sol. La gravedad que produce hace que la órbita de S2 alcance unos 11 millones de millas por hora, lo que supone unas 200 veces la velocidad a la que la Tierra orbita alrededor del sol. S2 completa una órbita en unos 16 años terrestres. Recientemente, los astrónomos fueron testigos del paso de S2 por Sagitario A* a una velocidad superior a los 15,5 millones de millas por hora. Eso es más de 4.300 millas cada segundo, o casi el 3% de la velocidad de la luz. (La observación, una vez más, demostró que la teoría de la gravedad de Einstein es correcta.)

No hemos observado directamente este agujero negro, pero los científicos sospechan que está ahí. «Estas órbitas, y una simple aplicación de las Leyes de Kepler, proporcionan la mejor evidencia hasta ahora de un agujero negro supermasivo, que tiene una masa de 4 millones de veces la masa del Sol», explica el Grupo del Centro Galáctico de la UCLA, que produjo la animación.

Recientemente, los científicos obtuvieron su mejor evidencia hasta ahora de que Sagitario A* es efectivamente un agujero negro supermasivo. Alrededor del momento en que la estrella S2 pasaba cerca del agujero negro, los astrónomos de la ESO fueron testigos de breves y potentes llamaradas de gas que salían de algo llamado disco de acreción. Se trata de la región que rodea al agujero negro, donde la materia es despedazada por la intensa gravedad pero no ha caído dentro del agujero negro.

Cálculos posteriores revelaron que estas llamaradas se movían a un 30 por ciento de la velocidad de la luz, orbitando el agujero negro una vez cada 45 minutos (con una sola órbita que cubre unos 240 millones de kilómetros). Sólo un agujero negro supermasivo podría explicar un movimiento tan violento y potente. Las observaciones, informa el ESO, «coinciden exactamente con las predicciones teóricas para los puntos calientes que orbitan cerca de un agujero negro de cuatro millones de masas solares».

Además, los astrónomos sospechan que la llamarada se situó muy cerca del borde del agujero negro -el horizonte de sucesos-, más allá del cual no puede escapar la luz.

Aquí puede verse una simulación por ordenador de cómo los gases orbitan alrededor del agujero negro.

ESO/Consorcio de la Gravedad/L. Calçada

Aún no podemos ver un agujero negro. Pero podemos «oírlos» colisionar.

Cuando dos agujeros negros colisionan, desatan una enorme ola de gravitación.

Así como las ondas sonoras perturban el aire para hacer ruido, las ondas gravitacionales perturban el tejido del espaciotiempo para empujar y tirar de la materia como si existiera en un espejo de feria. Si una gran onda gravitacional te atravesara, verías que uno de tus brazos se alarga más que el otro. Si llevaras un reloj en cada muñeca, los verías desincronizados.

Cuando dos agujeros negros colisionan, desatan una enorme onda de gravitación. Pero cuando llegan a la Tierra 1.400 millones de años después, esas ondas se han vuelto muy tenues (como las ondas de una piedra que se deja caer en un estanque se suavizan cuanto más te alejas de la piedra).

Pero en los últimos años, los científicos han podido escuchar estas ondas con LIGO y VIRGO, enormes experimentos globales que pueden detectar estas diminutas ondas en el espacio-tiempo.

Debido a que las ondas que detecta LIGO tienen una frecuencia comparable a la gama de frecuencias que podemos oír, los científicos pueden subir el volumen y traducirlas en sonido. (Sí, esto no es exactamente lo que suena, sino una representación sonora de los datos. Y, sí, el evento no habría hecho ningún ruido en el vacío del espacio.)

Escúchalos aquí.

Pronto podremos ver un agujero negro real

Debido a que el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, Sagitario A*, es tan relativamente pequeño, y está rodeado de tanto material que lo ocluye, va a hacer falta un enorme telescopio para verlo. Según Nature, se necesitaría un telescopio 1.000 veces más potente que el Hubble para obtener una resolución suficiente para verlo.

Un esfuerzo internacional denominado Telescopio de Horizonte de Sucesos es un intento de resolver este problema. Los telescopios ópticos convencionales utilizan espejos cada vez más grandes para ver objetos cada vez más pequeños y lejanos en el universo. El Event Horizon Telescope está haciendo algo similar: está creando un telescopio virtual del tamaño de toda la Tierra.

En abril de 2017, el equipo de Event Horizon conectó radiotelescopios en múltiples lugares del mundo -tan lejanos como Hawái y el Polo Sur- y les ordenó a todos ellos que miraran hacia Sagitario A* durante unos días. La red es el resultado de una colaboración internacional de 14 instituciones de investigación de todo el mundo.

Juntos, estos ocho telescopios tienen el poder de «contar los puntos de una pelota de béisbol a 8.000 millas de distancia», como explica el MIT. El conjunto generó una cantidad tan grande de datos que fue más eficiente llevar los datos de cada uno de los telescopios a una ubicación centralizada que transferirlos por Internet.

Durante años, los científicos han estado cosiendo todos esos datos. La esperanza es que la imagen final muestre el horizonte de sucesos, el límite más allá del cual ninguna luz puede escapar. Ese horizonte de sucesos estará probablemente rodeado por un disco de acreción, un anillo de materia brillante e increíblemente energético que se arremolina alrededor del agujero negro. Podría tener este aspecto.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Mira: Por qué cada imagen de un agujero negro es una ilustración

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