Dr. Gustavo Gutiérrez Cano
Dr. Gustavo Niz Quevedo
Departamento de Física
División de Ciencias e Ingenierías
Campus León, Universidad de Guanajuato
Es 10 de abril de 2019 y en conferencias de prensa simultaneas por el mundo se presenta la sorprendente imagen de un anillo de fuego, derivado de “fotografiar” el hoyo negro del centro de la galaxia vecina M87. El enorme agujero negro, con más de 5 000 millones de veces la masa del Sol, no es el único actor de esta serie, pues en mayo pasado la misma colaboración, Event Horizon Telescope (EHT), nos presentó al hermano pequeño, Sgr A*, que es el agujero negro de sólo 4 millones masas solares al centro de nuestra galaxia. En el argot científico estos anillos son las “sombras de los agujeros negros”; y aquí te contamos más de su origen y de estas fotografías.
Nos han dicho que nada puede escapar de un agujero negro, ni la luz, y entonces ¿Cómo es posible obtener estas imágenes? Para diferenciar a un agujero negro de otros objetos celestes, como el Sol, pensemos que una pelota cae por atracción gravitacional a uno de estos objetos. Su trayectoria puede entenderse pensando en un tobogán que, como antena parabólica, rodea completamente a la alberca que representa al objeto celeste. Este tobogán simboliza al espacio-tiempo y su estructura, descrita por la Relatividad General de Einstein, es el resultado de la deformación que genera dicho objeto celeste, con una mayor inclinación debida a objetos más masivos como los hoyos negros. Si bien, una pelota lanzada en el tobogán con suficiente velocidad hacia la izquierda o derecha puede evitar caer al agua, para velocidades pequeñas todas las pelotas terminarán mojadas. Sin embargo, existe una velocidad intermedia con dirección muy particular que no permite a la pelota escapar de la alberca ni caerse al agua.
¡Esta trayectoria alrededor de la alberca es como son las órbitas de los planetas alrededor del Sol! Si ahora damos un gran empujón para que la pelota empiece su caída a la velocidad de la luz, entonces todas las trayectorias escaparan de la alberca si se tratara del Sol o la Tierra, pero no para un agujero negro, donde existe una órbita circular para una dirección particular de inicio en la caída de la pelota. Esta órbita es inestable, ya que para un pequeño cambio en la dirección inicial, la pelota caerá al agua en espiral, o alternativamente, dará varias vueltas antes de salir expulsada. En el caso real, fotones (partículas de luz) provenientes de estrellas vecinas al agujero negro caen en espiral al agujero negro, o bien, dan vueltas por un tiempo antes de escapar. Aquellos que escapan y acaban en nuestros detectores dibujan el aro de luz que vemos en las imágenes del EHT.
Para recolectar estos rayos de luz y crear la imagen del EHT se requiere de un telescopio del tamaño de la Tierra. El ingenio de los científicos ha permitido resolver este inconveniente de tamaño creando un telescopio virtual mediante la red de 8 antenas en distintas partes de la Tierra. ¡Uno de ellos es el GTM en Puebla! Usando la rotación de la Tierra, relojes atómicos y una gran infraestructura de cómputo por varios años, el equipo del EHT, que incluye a mexicanos, pudo reconstruir las imágenes que nos han deleitado de las sombras de estos hoyos negros supermasivos.
Si deseas conocer más sobre dichas sombras, puedes consultar el material que desarrollaron estudiantes del Verano UG 2022 en www.veranos.ugto.mx.
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