Primera foto de un agujero negro: c√≥mo los cient√≠ficos combinaron el poder de m√ļltiples telescopios para lograr una imagen hist√≥rica para la ciencia
Por: BBC Mundo
Abril 2019
Fotografia: NASA/JPL-CALTECH

En medio de una gran expectativa, se alistan los √ļltimos preparativos para lo que se espera ser√° un anuncio cient√≠fico que podr√≠a hacer historia.

Seis conferencias de prensa principales están planeadas este miércoles a la misma hora, 14:00 GMT, en Bélgica, Santiago, Shanghai, Tokyo, Taipei y Washington D.C., además de otros eventos.

Si bien no han trascendido detalles del anuncio, las ruedas de prensa fueron convocadas para presentar los primeros resultados de un proyecto internacional con un objetivo sin precedentes: obtener la primera imagen de un agujero negro.

La existencia de estos objetos supermasivos fue confirmada, pero jamás fueron fotografiados.

Para buscar captar una imagen de ese tipo fue necesario¬†combinar el poder de radiotelescopios en distintos puntos de la Tierra para transformar al planeta en un √ļnico y gran telescopio virtual.

El nombre del proyecto es Telescopio del Horizonte de Sucesos, Event Horizon Telescope o EHT por sus siglas en inglés, una colaboración internacional en la que participan cerca de 200 científicos.

El EHT busca fotografiar la silueta circular opaca que un agujero negro proyecta sobre un fondo m√°s brillante. El borde de esa sombra es el llamado horizonte de sucesos, un punto de no retorno que una vez atravesado impide que la luz pueda escapar.

Como observar una naranja en la Luna

Se espera que los científicos presenten imágenes del horizonte de sucesos de dos agujeros negros.

Uno de ellos, llamado Sagitario A* o Sgr A*, es un agujero negro masivo en el centro de la Vía Láctea.

Tiene una masa aproximada de cuatro millones de veces la masa del Sol y se encuentra a 26.000 a√Īos luz de la Tierra.

El otro es un agujero negro en la galaxia M87 en la constelación de Virgo.

Si bien se trata de objetos masivos, debido a su distancia es muy difícil captarlos.

El director de la iniciativa EHT, Sheperd Doeleman, se√Īal√≥ que el desaf√≠o es comparable a¬†observar desde la Tierra una naranja que se encuentra en la superficie de la Luna.

Para poder obtener una imagen de un agujero negro se necesita un telescopio con una tremenda capacidad de resolución.

La soluci√≥n ha sido orquestar muchos radiotelescopios en distintos puntos de la Tierra para que funcionaran como un √ļnico telescopio.

Desde Chile a México

En las observaciones del EHT han participado, entre otros telescopios, los siguientes:¬†ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array o Gran Conjunto Milim√©trico-submilim√©trico de Atacama) en Chile;¬†APEX (Atacama Pathfinder Experiment o Experimento Pionero de Atacama) tambi√©n en Chile; adem√°s de¬†IRAM 30 m en Sierra Nevada, Espa√Īa; el¬†LMT (Gran Telescopio Milim√©trico Alfonso Serrano), en M√©xico; el telescopio¬†James Clerk Maxwell en Haw√°i y el¬†SPT (Telescopio del Polo Sur), en Ant√°rtica.

¬ŅC√≥mo es posible sumar el poder de tantos telescopios?

El proyecto utilizar "interferometría de muy larga base" o VLBI por sus siglas en inglés (Very Long Baseline Interferometry), una técnica que permite observar un objeto con varios radiotelescopios a gran distancia y procesar luego en forma conjunta los datos de todas las antenas participantes.

Reloj atómico

Para coordinar los telescopios, la antena de cada uno est√° dotada de un¬†reloj at√≥mico que registra el tiempo preciso en el que recibe las se√Īales de radio del objeto estudiado.

Y todos los datos son combinados usando esos tiempos como referencia.

Pero se trata de un proceso delicado.

El vapor de agua en la atmósfera absorbe una fracción de las ondas de radio que pasan a través de ella.

Y la dirección de las ondas de radio cambia levemente cuando pasan por el vapor de agua.

Esto significa que las ondas llegan a diferentes tiempos a cada antena, lo que dificulta la síntesis de los datos.

Para minimizar ese efecto, los radio telescopios son construidos en sitio altos y secos, como el desierto de Atacama en Chile, pero a√ļn all√≠ los telescopios no son totalmente inmunes.

Por otra parte, como el EHT utiliza antenas que están a miles de km de distancia, debe tener en cuenta las diferencias en la cantidad de vapor de agua en cada sitio y sus fluctuaciones durante el período de observación.

"Como las notas de una canción"

Los radiotelescopios no cubren adem√°s todos los puntos del planeta.

Los científicos crearon algoritmos para cubrir la brecha en los datos.

"Te preguntar√°s como es posible crear una imagen cuando faltan tantos datos", se√Īala el proyecto EHT en su sitio.

"Para darte una idea de cómo funciona, puedes pensar en las mediciones que hacemos con los telescopios como las notas en una canción".

Cada telescopio produce mediciones que corresponden al tono de una √ļnica nota. Si tuvi√©ramos telescopios en cada punto del planeta podr√≠amos o√≠r todas las notas y escuchar una versi√≥n perfecta de la canci√≥n.

Pero en el caso del EHT, "debemos reconocer la canción a partir de algunas pocas notas".

El sitio del proyecto ejemplifica el proceso con un video en el que cada nueva observación representa una nota, y cada nota adicional va haciendo más clara la estructura de la canción.

Predicciones de Einstein

Adem√°s de obtener una imagen de un agujero negro, el proyecto EHT tiene un segundo objetivo: determinar si las predicciones de Einstein sobre el comportamiento de los agujeros negros eran correctas.

Einstein vaticin√≥ hace un siglo cu√°l ser√≠a la forma y tama√Īo de la sombra de un agujero negro.

Seg√ļn la teor√≠a de la relatividad, los objetos masivos como planetas, estrellas y agujeros negros deforman el espaciotiempo en su entorno. Interpretamos ese efecto como la presencia de una fuerza gravitacional.

Una de las consecuencias de la teoría, la curvatura de la luz al pasar por un objeto masivo, fue confirmada en 1919, en la celebre medición realizada por Arthur Eddington de los aparentes cambios en las posiciones de estrellas durante un eclipse total solar, una ilusión causada por la curvatura de la luz cerca del Sol.

En el caso de un agujero negro, la curvatura espacio tiempo es extremadamente fuerte.

La teoría de la relatividad predice que los fotones emitidos por un gas que cae en un agujero negro deben viajar en trayectorias curvas, formando un anillo de luz alrededor de una silueta oscura que corresponde al agujero negro.

La teoría de Einstein predice que la forma de la sombra del agujero negro es circular.

ALMA, en el desierto de Chile

El concepto de interferometría puede entenderse con el ejemplo de uno de los telescopios participantes en el proyecto.

ALMA se encuentra en la llanura de Chajnantor, en la Cordillera de los Andes, a 5.000 metros de altura, y a unos 50 km al este de San Pedro de Atacama en el norte de Chile.

El telescopio está compuesto por 66 antenas de alta precisión, repartidas a distancias que pueden alcanzar los 16 kilómetros.

ALMA estudia la luz de algunos de los objetos más fríos del Universo, que tiene longitudes de onda de alrededor de un milímetro, entre el infrarrojo y las ondas de radio, por lo que se conoce como radiación milimétrica o submilimétrica.

Las antenas trabajan en forma conjunta, como un solo telescopio, en otro ejemplo de un interfer√≥metro, seg√ļn explica en su sitio el Observatorio Europeo Austral.

Y las se√Īales de las antenas se conjugan y procesan en un supercomputador especializado - el correlacionador de ALMA - que imita el efecto de un telescopio √ļnico.

El interfer√≥metro act√ļa como un solo telescopio, tan grande como el conjunto total de antenas.

Y al incrementar la distancia m√°xima entre las antenas se incrementa el poder de resoluci√≥n del interfer√≥metro, permiti√©ndole detectar detalles m√°s peque√Īos.

 

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