¿Cómo se puede ver el borde de un agujero negro?

Representación artística del alrededor de un agujero negro, rodeado  por estrellas y materia interestelar girando a velocidades altas. Todavía no existe ninguna observación directa del “horizonte de eventos”, el límite interno del material alrededor de un agujero negro  (fuente: Discover Magazine).

En el artículo del 5 de junio de 2010 presentamos las propiedades principales de los agujeros negros. En esta oportunidad distinguimos entre dos clases principales de agujeros negros: los en estrellas binarias masivas, miembros de un sistema de estrellas dobles, y los "supermasivos", que se encuentran en el centro de muchas galaxias, incluso en nuestra Vía Láctea. El centro galáctico está definido por una fuente de radio llamada Sgr A*. Se observaron estrellas, gas y polvo girando en velocidades extremadamente altas alrededor de Sgr A*, sin ningún indicio de una masa grande y luminosa visible en esta posición central galáctica. Por eso, se concluye que un agujero negro supermasivo debe ser la causa de los movimientos tan veloces de los objetos vecinos, y se calculó una masa de ~4 millones de masas solares para este agujero negro.

Por otro lado, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea nos presenta la única esperanza a investigar en forma directa la “superficie”, el “horizonte de eventos” de un agujero negro, porque aquellos de estrellas binarias miden solo pocos kilómetros, y los supermasivos de otras galaxias son más grande, pero demasiado lejanos. Se calculó que el agujero negro galáctico tendría un diámetro de unos 20 millones de kilómetros, correspondiendo a más de 50 veces la distancia Tierra-Luna, o a la mitad de la distancia mínima entre la Tierra y su planeta vecino Venus. Suena como mucho, pero se encuentra a 26000 años luz de nosotros; para resolver la estructura de su alrededor, habría que aplicar un telescopio que puede observar desde la Tierra detalles de una pelotita de ping-pong en la Luna.

¿Podría ser posible esto? ¡Sí! La tecnología moderna está acercándose a esta precisión increíble, usando el “Event Horizon Telescope” EHT o Telescopio del Horizonte de Sucesos, un proyecto para crear un conjunto de telescopios combinando datos procedentes de estaciones de interferometría de muy larga base (Very-long-baseline interferometry, o VLBI) ubicadas alrededor de la Tierra para observar el entorno más próximo al agujero negro supermasivo de la Vía Láctea con resolución angular comparable a su horizonte de sucesos. La resolución angular depende del tamaño del telescopio: mientras más grande su diámetro, más pequeño el ángulo que podría ser resuelto. Esto vale también si combinamos dos o más telescopios individuales, que observan el mismo objeto al mismo tiempo. En este caso la resolución angular está definida por la distancia entre los telescopios, no por su tamaño real. Por eso, la interferometría es un truco bien conocido para simular telescopios grandes. Para resolver el borde del agujero central galáctico se necesita un telescopio del diámetro de nuestra Tierra. Esto se consigue combinando diferentes radiotelescopios en varios continentes, (principalmente en América y Europa) incluyendo también el Polo Sur en la Antártica (ver figura). Se trabaja en la longitud de onda de 1.3 milímetros (230 GHz).

Distribución geográfica de los radio-observatorios formando al “Telescopio del Horizonte de Sucesos”. Chile aporta tres unidades, y hasta en el polo Sur hay un telescopio colaborando.

Recientemente, se incluyeron los observatorios ALMA, APEX y ASTE al consorcio del EHT todos ubicados en el Norte Grande de Chile, y se planifica un primer intento coordinado de todos los telescopios participantes entre el 5 y 14 de abril de 2017 para observar con éxito la forma y estructura del agujero negro en el centro galáctico.

¿Por qué es tan importante? La imagen del alrededor cercano a SgrA* que veremos con el EHT dependerá mucho de sus propiedades físicas. Los modelos teóricos ofrecen una gran cantidad de alternativas. Por ejemplo, aún no sabemos si está en rotación o no, aunque la hipótesis más razonable es que debe estar en rotación, sin embargo no se sabe a qué velocidad.

No sabemos nada sobre la rotación del agujero negro central galáctico. En esta simulación de ve que el material vecino se portará bastante diferente, según la velocidad de rotación del agujero negro.

Las emisiones de radio de SgrA* deben estar dominadas por la existencia de un chorro (parte de la materia en caída hacia el horizonte de sucesos sale eyectada transversalmente antes de atravesar el horizonte). Nuestro agujero negro supermasivo no está muy activo, pero de vez en cuando cae materia en su interior, de modo que debe tener un chorro, aunque débil y fragmentado. Se espera que el EHT pueda observar dicho chorro en el entorno del horizonte de sucesos, aunque no será tarea fácil.

En resumen, el radiotelescopio del tamaño de la Tierra, nos permitirá observar el entorno del agujero negro supermasivo más cercano. Para interpretar las observaciones se están realizando simulaciones numéricas que muestran todos los resultados posibles. Pero como ocurre muchas veces, quizás haya sorpresas y la naturaleza sea más compleja que lo predecible.