Agujeros negros y revelaciones

Créditos: primera imagen de un agujero negro por el consorcio internacional de EHT

Quería aprovechar este evento histórico tan importante para hablar sobre los agujeros negros, esos objetos supermasivos tan misteriosos. Hoy, 10 de abril de 2019, por primera vez en la historia podremos observar la imagen de un agujero negro real, tomada por 8 telescopios distribuidos por todo el planeta Tierra. Se trata del agujero negro situado en la galaxia Messier 87.

☞Fun fact: 
He escogido este título para la entrada por una simpática casualidad: Suelo poner música para escribir sobre ciencia (y para todo, en realidad tengo una playlist en mi iPod para cada momento). Casualmente, mientras pensaba en un título original para mi entrada sobre los agujeros negros, sonaba la canción "Black holes and revelations" de la banda Muse. Estaba tan centrada pensando en mi título que no me estaba dando cuenta hasta que, como no se me ocurría nada, decidí dejarlo para más tarde. Fue justo en ese momento cuando mis pensamientos callaron y escuché esa frase "black holes and revelations" justo en el momento oportuno. Teniendo en cuenta que faltaban unos minutos para que los científicos revelaran la primera imagen de un agujero negro me pareció como si Matthew Bellamy me acabase de dar una estupenda idea. De modo que gracias, Matt.

¿Qué es un agujero negro?

Lo primero es lo primero y no puedo ponerme a hablar de agujeros negros sin antes explicar qué es un agujero negro. De todos modos ya hemos hablado de esto en otras entradas como en La Radiación de Hawking y en ¿Qué hay en el fondo de un agujero negro? donde explico qué es y algunas cosillas más. Hagamos memoria:

Un agujero negro viene a ser un objeto con una masa enorme comprimida toda ella en un punto muy pequeño. Este punto es  tan sumamente denso que curva el espacio-tiempo haciendo que todo lo que pase cerca de él se vea atraído con muchísima intensidad, llegando incluso a atrapar a la propia luz.
A su alrededor se encuentra la singularidad, que es la distancia mínima a la que un objeto puede acercarse al agujero negro sin llegar a ser absorbido por él. Una vez cruzas el horizonte de sucesos no hay escapatoria, porque la acción gravitatoria es tan inmensa que la velocidad requerida para poder salir tendría que ser superior a la de la propia luz.
En el centro del agujero negro, donde está la singularidad, la densidad es infinita, curvando el espacio-tiempo hasta el infinito. El tiempo se detiene y el espacio no existe.

Dependiendo de la masa que tenga cada objeto, el agujero negro resultante podría ser de un tamaño diferente. Por ejemplo, si quisiésemos comprimir la Tierra hasta convertirla en un agujero negro éste tendría un tamaño aproximado al de una avellana (unos 2 cm).

Hay varios tipos de agujeros negros y se clasifican según su masa. Los que se encuentran en una franja de entre 5 a 20 masas solares son conocidos como agujeros negros de masa estelar y los que tienen millones de masas solares son los agujeros negros supermasivos (son los que se suelen encontrar en el centro de las galaxias). Los que se encuentran en medio de estas dos franjas los denominan agujeros negros de masa intermedia. Como podéis ver, los científicos son super imaginativos a la hora de poner los nombres a las cosas.

Tal y como indica el propio nombre, un agujero negro es increíblemente difícil de encontrar porque, si bien es cierto que emite radiación, esta es difícil de detectar desde la Tierra porque es dispersada por los electrones, y como sabemos no emite luz propia o refleja la luz, como pasa con las estrellas y planetas respectivamente.

Estructura

Las partes más fundamentales que forman la estructura de un agujero negro son la singularidad y el horizonte de sucesos.

La singularidad es imposible de ver, como hemos visto anteriormente, y es ese pequeño punto central dentro del agujero negro donde se encuentra comprimida toda la masa.

El horizonte de sucesos es esa zona o punto de no retorno. Una vez se atraviesa no hay vuelta atrás porque es imposible escapar de ahí debido a la increíble gravedad a la que somete el agujero negro a todo lo que se acerca lo suficientemente a él.

Además, muchas veces presenta un disco de acreción o de acrecimiento, como es el caso del agujero negro de la portada, y el cual es producido por gas girando a la velocidad de la luz a su al rededor mientras es absorbido

Cómo se forman

Explicándolo muy a grandes rasgos -porque tengo la intención de hacer una entrada muy pronto sobre la vida y muerte de las estrellas, donde lo explicaré con mayor profundidad- las estrellas tienen un equilibrio que las mantiene con esa forma. Este equilibrio es el resultado de la fuerza gravitatoria, que se encarga de atraer los materiales hacia el centro de la estrella, y por otro lado la presión de radiación que tiende a expandir a la estrella en cuestión.
En las estrellas los elementos más simples son convertidos en otros más complejos, así el hidrógeno pasa a convertirse en helio, el helio en carbono, etc. Cuando ocurre esto la estrella disminuye y como consecuencia la presión de radiación ya no es capaz de retener las capas más exteriores rompiendo el equilibrio. La fuerza de la gravedad contraerá la estrella. Si la estrella tiene una masa de un máximo de 1,4 masas solares dará lugar a una enana blanca, pero si su masa es superior a 3 masas solares como resultado surgirá una singularidad: un agujero negro. Como he dicho, todo esto lo explicaré con mucho más detalle en un futuro cercano.

Cómo detectarlos

Un agujero negro no se puede "ver" porque la luz no puede salir una vez atraviesa el horizonte de sucesos. La acción gravitatoria es tan fuerte que la luz queda retenida en su interior y no puede salir para que podamos verlo. La forma que tenemos de saber que está ahí no puede ser mediante la observación directa del agujero negro sino que es necesario recurrir a mecanismos indirectos como el estudio de la influencia gravitatoria que hay en su cercanía, por ejemplo, observando comportamientos extraños de estrellas circundantes que sólo se pueden explicar con la presencia de un agujero negro.

Para entenderlo mejor, en el siguiente vídeo del Observatorio Austral Europeo podréis ver un vídeo en el que se enfoca hacia el centro de nuestra galaxia hasta llegar al agujero negro que se encuentra en el centro de la misma. Ahí se puede ver el extraño comportamiento de las estrellas debido a la acción gravitatoria que está ejerciendo el agujero negro.

Agujero negro en Messier 87: primera imagen real de la historia

Messier 87 es una galaxia elíptica que se encuentra a unos 55 millones de años luz de nosotros. La imagen fue tomada por una red de radio telescopios denominados EHT (Event Horizon Telescope). Para poder captar la imagen hacía falta un telescopio del tamaño de la Tierra, de modo que los científicos decidieron crear esta red de telescopios, ocho en total, para luego unir las imágenes resultantes.

Créditos: Consorcio Event Horizon Telescope EHT

La imagen del agujero negro muestra la interpretación del disco de acreción compuesto por gas incandescente y una zona oscura provocada por la curvatura espacial, predicha por la relatividad general de Einstein. De modo que, como bien han dicho en su momento, ¡la Relatividad General de Einstein ha superado hoy otra prueba!
El disco de acreción fue interpretado en una longitud de onda que se sitúa entre el infrarrojo y la radiación de microondas. El centro del agujero negro (la parte oscura) tendría un tamaño mayor que nuestro sistema solar.

Supongo que a estas alturas os estaréis preguntando por qué la imagen que han sacado es la del agujero negro de la galaxia M87 pudiendo sacarla del agujero negro más cercano a nosotros que es SagitarioA* (en el centro de nuestra galaxia, a 26.000 años luz), que está mucho más cerca, ¿no? Lo cierto es que en un principio puede parecer más sencillo, pero no es así. Aunque la galaxia Messier 87 esté situada a tanta distancia el agujero negro de nuestra galaxia presenta un disco de acreción menos brillante, por motivos que aun no se conocen, y por lo tanto dificulta más esta tarea.

Einstein de postureo para la foto (Fuente)

Einstein predijo la existencia de estos agujeros negros mediante la relatividad general, pero realmente no creía que existiesen esta clase de monstruos en el universo. Le parecía demasiado improbable. Hoy por fin se consiguió una prueba de que no estaba equivocado, y la verdad que es una pena que no esté aquí para verlo.

Aquí os dejo el vídeo del evento del agujero negro M87* por si alguien no lo vio o quiere verlo de nuevo. ¡Que lo disfrutéis!