Esta es la primera imagen del inmenso agujero negro del centro de nuestra galaxia

El corazón de la Vía Láctea, como tantos otros puntos del Universo, es un misterio para nosotros. En el núcleo de nuestra galaxia hay un agujero negro supermasivo con el peso de cuatro millones de soles. Rodeado por un disco incandescente de materia agitada, este pozo sin fondo del espacio-tiempo suele estar oculto por un manto de gas, polvo y estrellas en órbita.

Pero el equipo internacional de 200 investigadores que utilizan la red mundial de telescopios Event Horizon, entre los que está el Observatorio IRAM de Granada, han podido por fin ingeniárselas para mirar directamente al corazón de nuestra galaxia, y hoy han desvelado la primera imagen de la silueta de este agujero negro. Las observaciones, realizadas en 2017, se describen en un conjunto de artículos científicos publicados hoy en la revista Astrophysical Journal Letters.

"Hoy, el Telescopio Event Horizon está encantado de compartir con ustedes la primera imagen directa del gentil gigante en el centro de nuestra galaxia, Sagitario A*", dijo Feryal Ozel, de la Universidad de Arizona (Estados Unidos), durante una rueda de prensa para anunciar el logro. "Lo conocí hace 20 años y desde entonces me encanta y trato de entenderlo. Pero hasta ahora no teníamos la imagen directa que confirmara que Sagitario A* era efectivamente un agujero negro".

La imagen muestra un anillo desigual de material radiante que abraza un pozo de oscuridad: la sombra del agujero negro conocido como Sagitario A* (pronunciado "Sagitario A estrella o Sgr A"). La imagen se arrastra hasta el horizonte de sucesos del agujero negro, el punto de no retorno más allá del cual las estrellas, los planetas, el polvo e incluso la luz se pierden para siempre.

"La luz que está demasiado cerca del agujero negro, lo suficientemente cerca como para ser tragada por él, acaba por cruzar su horizonte y deja tras de sí sólo un vacío oscuro en el centro", explica Ozel.

En 2019, este mismo equipo reveló una imagen de aspecto similar de un agujero negro gigantesco en el corazón de M87, una galaxia a 50 millones de años luz. La imagen marcó la primera vez que se observó directamente la sombra de un agujero negro. Ambas imágenes se hicieron combinando datos de ocho observatorios de todo el mundo, lo que convirtió a la Tierra en un gran telescopio.

“Estudios previos, galardonados con el Premio Nobel de Física en 2020, habían demostrado que en el centro de nuestra galaxia reside un objeto extremadamente compacto con una masa cuatro millones de veces mayor que nuestro Sol. Ahora, gracias al EHT, hemos podido obtener la primera confirmación visual de que este objeto es, casi con toda seguridad, un agujero negro con propiedades que concuerdan perfectamente con la Teoría de la Relatividad General de Einstein”, afirma José Luis Gómez, miembro del Consejo Científico del EHT y líder del grupo del EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

Con la imagen de un segundo agujero negro, los científicos podrán seguir estudiando si la física tal y como la conocemos (y en particular, la teoría de la relatividad general de Einstein) se mantiene en el entorno extremo que rodea a un agujero negro supermasivo. Y al comparar estas nuevas observaciones con las de M87, los investigadores pueden aprender más sobre cómo se comportan los agujeros negros de diferentes masas.

"Pensé mucho en este agujero negro durante mi doctorado", dice Sera Markoff, de la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). "Trabajas en algo, pero es muy abstracto, y de repente es como: ahí está. Estás mirando el agujero negro".

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Un telescopio del tamaño del mundo

En abril de 2017, los científicos apuntaron los radiotelescopios de ocho observatorios al corazón de nuestra galaxia. Dispersos desde Hawái hasta España (en Sierra Nevada, Granada) y el Polo Sur, cada uno de los telescopios observó Sagitario A* a medida que la rotación de la Tierra lo trasladaba a la vista. Una vez recogidas las observaciones, el equipo combinó los datos de cada telescopio (utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga) y utilizó los datos para generar la imagen.

La creación de una imagen de Sagitario A* no fue tan sencilla como la del agujero negro supermasivo de M87, que se observó durante la misma campaña. A unos 26 000 años luz de distancia, Sagitario A* puede ser la cosa más masiva de la galaxia, pero es bastante pequeña en lo que respecta a los agujeros negros supermasivos: aproximadamente 1/1500 de la masa del agujero negro central de M87.

Si el agujero negro de M87, de 6500 millones de masas solares, se situara en el centro del sistema solar, arrasaría con todo lo que se encontrase hasta 130 veces más lejos del Sol que la Tierra; Sagitario A*, en cambio, ni siquiera llenaría la órbita de Mercurio.

Sagitario A* también está muy oscurecido por el polvo y el gas del centro de la Vía Láctea, y el entorno local es increíblemente variable (remolinos, turbulencias, llamaradas), lo que dificulta la combinación de las observaciones en una sola imagen. "Las cosas alrededor de los agujeros negros más pequeños se mueven más rápido", dice el astrofísico de la Universidad de Arizona (Estados Unidos) Dimitrios Psaltis. "Nos preocupaba que el plasma alrededor del agujero negro no se mantuviera quieto durante las ocho horas que tarda la Tierra en girar y no nos permitiera hacer una imagen".

Al final, sin embargo, Sagitario A* cooperó para la realización de su retrato.

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La fosa en el centro de la galaxia

La nueva imagen revela algunos detalles clave sobre la fosa gravitacional en el centro de nuestra galaxia, incluyendo su orientación de giro, lo que sugiere que la parte superior del agujero negro (o la inferior, dependiendo de su perspectiva) apunta casi directamente a la Tierra. Su masa también coincide con las estimaciones anteriores realizadas a partir del estudio de las estrellas que orbitan alrededor del agujero negro.

De manera un tanto desconcertante, los datos también muestran que este agujero negro supermasivo no parece estar lanzando un potente chorro de partículas hacia el cosmos, que es una característica relativamente común de tales objetos, incluyendo el agujero negro de M87.

"Así que ahora hay un debate en curso: ¿Está Sagitario A* lanzando realmente un chorro y simplemente es difícil de ver en el complicado entorno porque es muy pequeño y débil?" se pregunta Markoff. "Por todo lo que estamos viendo, nuestros modelos predecirían que habría un chorro".

En lo que respecta a los agujeros negros supermasivos, Sagitario A* es el objeto más desnutrido que el EHT pudo observar. En lugar de devorar furiosamente cualquier cosa que se acerque demasiado, está inactivo, arreglándoselas con bocados de viento estelar liberados por estrellas cercanas, robando suficientes migajas para formar un anillo visible. Aun así, múltiples líneas de evidencia sugieren que Sagitario A* ha sido mucho más activo en el pasado.

"Sabemos que los agujeros negros pasan por ciclos de actividad. Lo vemos explícitamente cuando observamos los agujeros negros supermasivos en cúmulos de galaxias", dice Markoff. "Podemos ver las burbujas que soplan durante sus ciclos de actividad en el gas circundante, y parecen soplar estas burbujas cada cien millones de años más o menos. Así que hay un interruptor de encendido y apagado".

Estos arranques de Sagitario A* han dejado huellas en las moléculas del medio interestelar que sugieren que su actividad varía (al menos moderadamente) en escalas de tiempo de milenios, o incluso siglos. Y aunque los científicos saben que la actividad de un agujero negro varía con la cantidad de material que consume, no está claro cómo funciona ese proceso.

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Una de las formas en que los científicos están desentrañando el caótico torbellino que envuelve a Sagitario A* es comparándolo con el Sol. El sol tiene una masa significativamente menor, pero sus turbulencias burbujeantes, campos magnéticos retorcidos, llamaradas, erupciones y gases abrasadores podrían ayudar a los astrónomos a aprender más sobre la física que rodea a los agujeros negros supermasivos.

"Por supuesto que es un régimen más extremo", dice Markoff. "Pero lo que me parece increíble es que mucho de lo que hemos aprendido de la física solar puede aplicarse de muchas maneras a los agujeros negros; de hecho, hemos tomado prestadas algunas técnicas".

Todas las formas y tamaños

Los científicos esperan ahora que aprender más sobre M87 y Sagitario A* (sus similitudes y diferencias) les ayude a comprender mejor una población más amplia de agujeros negros. Si las teorías se sostienen para objetos de tamaños tan diferentes, los científicos pueden estar más seguros de que esas teorías explicarán con precisión los objetos que no pueden verse con tanta claridad.

"La verificación es realmente muy difícil en nuestro campo. Normalmente no podemos volar a un agujero negro y decir: 'Oye, ¿es esto lo que realmente está pasando?' Pero eso es lo que pudimos hacer aquí", dice Markoff.

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Los dos agujeros negros también permiten a los físicos poner a prueba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein de 1916. Los agujeros negros son una de las predicciones de la teoría, y un resultado del que el propio Einstein era escéptico. Pero aparte de algunos misterios en el ámbito cuántico, la relatividad general parece mantenerse hasta ahora, incluso en entornos astrofísicos extremos en los que los científicos podrían esperar que se rompiera.

“Nos sorprendió lo bien que coincidía el tamaño del anillo con las predicciones de la Teoría de la relatividad general de Einstein", señala el científico principal del proyecto EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica (Taipei).

"Si tomamos dos cosas en el universo con una diferencia de masa de 1500, no se ven igual: un planeta gigante y un asteroide pequeño, una galaxia grande y una galaxia pequeña, una hormiga y un elefante, una roca pequeña y una montaña", dice Psaltis.

"Todas las teorías del mundo tienen una escala, y cuando cambias de una escala a otra, se ven diferentes. Excepto la relatividad general. Es la única teoría que no tiene escala. Puedes mirar lo más pequeño y lo más grande, y se comportan exactamente igual".