¡El tiempo vuela! Han pasado 4 años desde que la Colaboración Event Horizon Telescope (EHT, el Telescopio de Horizonte de Sucesos) mostró al mundo la primera imagen de un agujero negro. Una publicación histórica, de la que tengo la enorme fortuna de ser coautor ¡Es todo un orgullo formar parte de este fabuloso equipo!
Estas efemérides se merecen una entrada en el blog. ¿Qué nos muestra realmente esta imagen? ¿Qué hemos aprendido de ella? En estas líneas que siguen, trataré de ahondar un poquito en estas preguntas.
Esta es la primera imagen de las inmediaciones de un horizonte de sucesos. Es una confirmación directa de que en el Universo existen objetos de gravedad tan extrema, que pueden doblegar las trayectorias de la luz hasta obligarla a orbitar a su alrededor. Imaginad. ¡Órbitas hechas de luz! No de planetas ni asteroides… sino de rayos de luz.
La región del espacio donde existen esas órbitas hechas de luz es lo que llamamos la «fotonesfera» del agujero negro. No debéis confundir esto con una «fotosfera», que tiene un significado muy diferente en Astronomía: una fotosfera es la región donde se produce (mayormente) la luz que recibimos de un astro.
La luz que orbita un agujero negro lo hace de forma inestable. Este tipo de «órbitas inestables» no existen en la Mecánica Newtoniana. Básicamente, si perturbamos (o sea, damos un empujoncito) un cuerpo con una órbita circular, el cuerpo pasará a tener una órbita elíptica muy parecida a la circular que tenía originalmente. No obstante, en una órbita cerrada inestable, cualquier perturbación acabará, al poco tiempo, rompiéndola por completo. Eso significa que esas órbitas lumínicas pueden quebrarse en cualquier momento, dejando escapar a los rayos de luz que había allí atrapados, para que comiencen una eterna odisea vagando por el espacio intergaláctico.
Algunos de esos afortunados rayos de luz se dirigirán rumbo a la Tierra, llevando codificada en sus entrañas la información necesaria para que el Event Horizon Telescope (EHT) pueda reconstruir la imagen de aquel lugar donde estuvieron atrapados más de 50 millones de años atrás.
La imagen se compone de dos partes: una viene directamente del disco de materia que alimenta al agujero negro (el «disco de acrecimiento»). La otra viene del anillo de luz formado por los rayos de la fotonesfera que rompieron sus órbitas alrededor de ese abismal pozo gravitatorio.
Midiendo el tamaño del anillo (y conociendo la masa de M87* y su distancia a la Tierra), podemos poner a prueba las predicciones más salvajes de la Relatividad General: las que nos dicen cómo se mueve la luz cerca del horizonte de sucesos; esa frontera del espacio y del tiempo.
No obstante, dependiendo del modelo usado en los ajustes, el anillo de luz que hay en la imagen de M87* sólo representa entre el 10 y el 50% de la imagen total; el resto de la emisión que vemos es «contaminación», debida a la emisión directa del disco de acrecimiento.
Eso complica un poco las cosas, siendo una importante fuente de incertidumbre en la medida del tamaño del anillo. Hay varias formas de disminuir ese error (esa «contaminación» del disco). En un par de semanas, os hablaré de la mejor de ellas, junto con unos resultados espectaculares que estamos a puntito de publicar.
Una forma de minimizar el efecto del disco y obtener la señal pura del anillo es imponer (usando técnicas estadísticas avanzadas) que *debe* haber un anillo de luz en los datos del EHT. O sea, que la imagen obtenida ya no será completamente agnóstica a la Relatividad General.
Aunque la imagen publicada por el EHT no presupone absolutamente nada sobre la Relatividad (por lo que es un «test puro» de la misma), podemos «imponer» la existencia del anillo para exprimir al máximo los datos… El precio es que los test resultantes ya no serán «puros».
El resultado de ese análisis fue un precioso artículo del que fui co-firmante: Broderick et al. (2022), donde mostramos la imagen súper-resuelta del anillo, dominado por los fotones que orbitaron por detrás del agujero antes de iniciar su camino a la Tierra (esos fotones forman lo que llamamos «la componente n=1» del anillo).
Curiosamente, lo que para unas tareas es ruido (el disco de acrecimiento, que no nos deja ver bien el anillo), para otras tareas es justamente la señal que buscas. Un ejemplo es la imagen polarizada de M87*, donde la emisión del disco imprime una preciosa estructura espiral con un montón de información.
Lo que vemos en esa imagen polarizada es la huella dactilar de la interacción directa entre materia, luz, magnetismo, espacio y tiempo. ¡Todo a la vez y en todas partes! Esa espiral polarizada nos dice que hay un campo magnético polar atravesando el disco y la ergosfera de M87* (la ergosfera es una región donde la rotación del agujero negro arrastra consigo al espacio, obligándolo a «moverse» a velocidades súper-lumínicas).
Ese campo ayuda a producir un fantástico chorro de plasma que surge de allí. Pero ¿cómo se forma ese chorro? ¿Podemos decir algo sobre la creación de antimateria por esos lares? Son preguntas que iremos atacando poco a poco en el EHT. ¡Manteneos a la escucha!
Y lo voy dejando por hoy. ¡Nos vemos en la siguiente entrada del blog!