Actualización 10 de abril 2019

La primera imagen de un agujero negro

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El hombre siempre ha necesitado la visión para medir los fenómenos físicos, pero nuestra vista no es eficiente.
Lo que vemos con nuestros ojos es el pequeño rango de vibraciones que encontramos en el espectro electromagnético entre 380 nanómetros para el púrpura y 780 nanómetros para el rojo, mientras que nuestro cerebro construye la imagen.
La longitud de onda de la luz está íntimamente ligada al concepto de color pero hay colores que nunca veremos, los que se encuentran más allá del púrpura y por debajo del rojo. Por lo tanto, nuestro cerebro nunca los interpretará.
La paradoja con un agujero negro es que no tiene color por definición porque la luz, la materia y la energía están atrapadas en el agujero negro.
¿Cómo pudieron los físicos del proyecto EHT (Event Horizon Telescope) transformar la información de un agujero negro supermasivo invisible en luz visible para el ojo humano?
Un agujero negro contiene toda la información. Es un objeto misterioso cuya superficie no es sólida ni líquida ni gaseosa, es un simple borde inmaterial llamado "horizonte de eventos". Por tanto, debemos inventar otra forma de "ver" o más bien una forma de "ver" nada.
Si el agujero negro es invisible, su entorno no lo es y es gracias a él que podremos determinar el horizonte de eventos y así ver la "sombra" del agujero negro.
Según la teoría del agujero negro, la materia cerca del horizonte de sucesos se calienta fuertemente por acreción antes de ser absorbida por el monstruo y luego desaparecer para siempre en su pozo gravitacional.
Pero antes de desaparecer para siempre, el polvo y el gas circundantes, así como los residuos de estrellas que alguna vez fueron destrozados por las fuerzas de las mareas, emiten una radiación característica en el dominio de ondas milimétricas (una luz no visible para el ojo).
Esta radiación podría revelarnos la periferia del agujero negro. La luz milimétrica que gira alrededor del agujero negro nos proporcionará, por el contrario, mucha información sobre el agujero negro (su fuerza gravitacional, la forma en que deforma el espacio-tiempo, los efectos de las lentes gravitacionales, etc.).
En resumen, un agujero negro, aunque invisible, "ilumina" a su manera la materia que atrae.

Un agujero negro iluminado por materia

La imagen representa un agujero negro iluminado por el material Es utilizando la técnica de la interferometría de base muy larga, es decir, combinando ocho radiotelescopios distribuidos por nuestro planeta (Europa, Chile, Estados Unidos, Hawái y Antártida) que los astrónomos han creado un telescopio virtual gigante cuyo diámetro es como la distancia entre ellos (unos 10.000 km).
Los objetivos en cuestión eran los dos agujeros negros más "visibles" de la Tierra.
El primer objetivo fue Sagitario A * (Sgr A), el agujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea, a 26.000 años luz de nosotros, cuya masa es 4,1 millones de veces la del Sol. El otro objetivo era el agujero negro supermasivo (1,500 veces Sagitario A * o 6 mil millones de masas solares), ubicado a 50 millones de años luz del corazón de la galaxia elíptica gigante M87.
Los equipos de EHT solo tenían una ventana de aproximadamente dos semanas cada año para intentar realizar observaciones grupales.
Para construir la imagen de alta resolución, los físicos posteriormente tuvieron que combinar las señales captadas por las diversas antenas en la red con sus propios relojes atómicos, es decir, los tiempos de llegada de las señales a la décima de mil millonésima de segundo más cercana, luego compararlos y triangularlos con su punto de origen para reconstituir una imagen global gigantesca. Una sola noche de observación recopiló 2 petabytes de datos (2 x 10 ¹⁵). Es posible que en esta montaña de datos se esconda otra información que nos permita comprender mejor la muy particular física que reina en el entorno cercano a los agujeros negros, en particular los gigantescos chorros de partículas y radiación que algunos de ellos proyectan al espacio. a velocidades cercanas a la de la luz.
Los discos duros de datos almacenados en la Antártida tuvieron que esperar hasta el final del largo y helado invierno para ser transportados al Observatorio Haystack del MIT y al Instituto Max Planck en Bonn.
Esta primera imagen de un agujero negro que ves en tu pantalla se compone de solo 33 kb de datos (33 x 10 ³), un billón de veces más simple que los datos recopilados.
Esto es "ver" para nuestro cerebro, es simplificar demasiado la complejidad de la realidad. Una simple silueta negra rodeada de un punto borroso brillante es suficiente para nuestra felicidad.

Imagen: En abril de 2017, se recopiló información de la primera imagen de un agujero negro de los discos duros de varios telescopios y se transportó en un avión de pasajeros al Observatorio Haystack en Massachusetts. Luego, fueron procesados, comparados y analizados por cúmulos de supercomputadoras y no fue hasta abril de 2019 que los físicos pudieron revelarnos este simple halo de luz amarillo anaranjado, borroso y asimétrico que se destaca sobre un fondo negro.
El monstruo cósmico, ubicado a unos 50 millones de años luz de la Tierra, ha sido fotografiado en el centro de la galaxia M87, mediante una colaboración internacional denominada Event Horizon Telescope (EHT).
Crédito de la foto: Colaboración EHT

La primera simulación de un agujero negro

Jean Pierre Luminet en 1978, teniendo en cuenta las complejas distorsiones que el fuerte campo gravitacional impone al espacio-tiempo y a las trayectorias de los rayos de luz que siguen su encuadre, creó la primera imagen virtual de un agujero negro (imagen opuesta).
En su simulación, el horizonte de eventos parece un disco ligeramente aplanado. El campo gravitacional dobla las trayectorias de los rayos de luz en las proximidades del agujero negro con tanta fuerza que la parte posterior del disco se "eleva".
Así, una imagen secundaria permite ver la otra cara del disco de acreción, la que se encuentra detrás del agujero negro que tomó la forma de un delgado halo de luz pegado al disco negro central.
Pero la característica principal de esta simulación es la diferencia de brillo entre las diferentes regiones del disco.

El brillo limpio es mayor en las áreas más cercanas al horizonte, ya que aquí es donde el gas está más caliente. Para un observador distante, el flujo luminoso recibido se amplifica en el lado de la imagen donde el gas se acerca al observador. Como el observador no está estacionario en relación al agujero negro, esto introduce una distorsión de las imágenes por efecto Doppler.
El agujero negro puede ser animado por un movimiento de rotación y generar una asimetría, el agujero negro ya no es esférico.
Además, el efecto de lente gravitacional causado por el agujero negro amplifica el tamaño aparente de su horizonte de eventos.