Desde que Jon Michell lo mencionó por primera vez en una carta a la Royal Society en 1783, los agujeros negros han capturado la imaginación de los científicos, escritores cineastas y otros artistas. Quizás parte del atractivo es que estos objetos enigmáticos nunca han sido "vistos". Pero esto ahora podría estar a punto de cambiar, ya que un equipo internacional de astrónomos está conectando varios telescopios en la Tierra con la esperanza de obtener la primera imagen de un agujero negro.

Los agujeros negros son regiones del espacio dentro de las cuales la fuerza de la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Su existencia fue predicha matemáticamente por Karl Schwarzchild en 1915, como solución a las ecuaciones planteadas en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

Los astrónomos han tenido evidencia circunstancial durante muchas décadas de que los agujeros negros supermasivos, de un millón a mil millones de veces más masivos que nuestro sol, se encuentran en el corazón de las galaxias masivas. Eso es porque pueden ver la atracción gravitacional que tienen sobre las estrellas que orbitan alrededor del centro galáctico. Cuando se sobrealimenta con material del entorno galáctico circundante, también expulsan columnas detectables o chorros de plasma a velocidades cercanas a la de la luz. El año pasado, El experimento LIGO proporcionó aún más pruebas al detectar ondas en el espacio-tiempo causadas por dos agujeros negros de masa media que se fusionaron hace millones de años.

Pero aunque ahora sabemos que existen los agujeros negros, preguntas sobre su origen, la evolución y la influencia en el universo siguen estando a la vanguardia de la astronomía moderna.

Atrapando una pequeña mancha en el cielo

Del 5 al 14 de abril de 2017, El equipo detrás del Event Horizon Telescope espera probar las teorías fundamentales de la física de los agujeros negros al intentar tomar la primera imagen del horizonte de eventos de un agujero negro (el punto en el que la teoría predice que nada puede escapar). Al conectar una matriz global de radiotelescopios para formar el equivalente a un telescopio gigante del tamaño de la Tierra, utilizando una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga y síntesis de apertura de la Tierra, los científicos observarán el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea, donde un negro acecha un agujero 4 m veces más masivo que nuestro sol, Sagitario A *.

Los astrónomos saben que hay un disco de polvo y gas orbitando alrededor del agujero negro. El camino que toma la luz de este material se distorsionará en el campo gravitacional del agujero negro. También se espera que su brillo y color se alteren de manera predecible. La firma reveladora que los astrónomos esperan ver con el Event Horizon Telescope es una forma de media luna brillante en lugar de un disco. E incluso pueden ver la sombra del horizonte de eventos del agujero negro contra el telón de fondo de este material arremolinado brillantemente brillante.

La matriz conecta nueve estaciones en todo el mundo:algunos telescopios individuales, otras colecciones de telescopios - en la Antártida, Chile, Hawai, España, México y Arizona. El "telescopio virtual" ha estado en desarrollo durante muchos años y la tecnología ha sido probada. Sin embargo, Estas pruebas inicialmente revelaron una sensibilidad limitada y una resolución angular que era insuficiente para sondear hasta las escalas necesarias para alcanzar el agujero negro. Pero la adición de nuevas matrices sensibles de telescopios, incluida la matriz milimétrica grande de Atacama en Chile y el telescopio del Polo Sur, le dará a la red un impulso de potencia muy necesario. Es como ponerse gafas y, de repente, poder ver los dos faros delanteros de un coche que se aproxima en lugar de un solo borrón de luz.

El agujero negro es una fuente compacta en el cielo:su vista en longitudes de onda ópticas (luz que podemos ver) está completamente bloqueada por grandes cantidades de polvo y gas. Sin embargo, telescopios con suficiente resolución y que funcionen durante más tiempo, Las longitudes de onda de radio milimétricas pueden mirar a través de esta niebla cósmica.

La resolución de cualquier tipo de telescopio, el detalle más fino que se puede discernir y medir, generalmente se cita como un pequeño ángulo que corresponde a la relación entre el tamaño de un objeto y su distancia. El tamaño angular de la luna vista desde la Tierra es de aproximadamente medio grado, o 1800 segundos de arco. Para cualquier telescopio, cuanto mayor sea su apertura, cuanto menor es el detalle que se puede resolver.

La resolución de un solo radiotelescopio (normalmente con una apertura de 100 metros) es de aproximadamente 60 segundos de arco. Esto es comparable a la resolución del ojo humano sin ayuda y aproximadamente una sexagésima parte del diámetro aparente de la luna llena. Pero al conectar muchos telescopios, el Event Horizon Telescope estará a punto de alcanzar una resolución de 15-20 microsegundos de arco (0, 000015 segundos de arco), correspondiente a poder espiar una uva a la distancia de la luna.

¿Lo que está en juego?

Aunque la práctica de conectar muchos telescopios de esta manera es bien conocida, Hay desafíos particulares por delante para el Event Horizon Telescope. Los datos registrados en cada estación de la red se enviarán a una instalación de procesamiento central donde una supercomputadora combinará cuidadosamente todos los datos. Diferente clima Las condiciones atmosféricas y del telescopio en cada sitio requerirán una calibración meticulosa de los datos para que los científicos puedan estar seguros de que cualquier característica que encuentren en las imágenes finales no son artefactos.

Si funciona, la obtención de imágenes del material dentro de la región del agujero negro con resoluciones angulares comparables a la de su horizonte de eventos abrirá una nueva era de estudios de agujeros negros y resolverá una serie de grandes preguntas:¿existen siquiera los horizontes de eventos? ¿Funciona la teoría de Einstein en esta región de gravedad extremadamente fuerte o necesitamos una nueva teoría para describir la gravedad tan cerca de un agujero negro? También, ¿Cómo se alimentan los agujeros negros y cómo se expulsa el material?

Incluso puede ser posible obtener imágenes de los agujeros negros en el centro de galaxias cercanas, como la galaxia elíptica gigante que se encuentra en el corazón de nuestro cúmulo de galaxias local.

Por último, la combinación de teoría matemática y conocimiento físico profundo, colaboraciones científicas internacionales globales y notables, Los tenaces avances a largo plazo en la física experimental y la ingeniería de vanguardia buscan hacer que la revelación de la naturaleza del espacio-tiempo sea una característica definitoria de la ciencia de principios del siglo XXI.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.