Sin duda, los agujeros negros se encuentran entre los tipos de objetos más misteriosos del universo. Los científicos se dieron cuenta de su existencia a principios del siglo XX, tras las revolucionarias propuestas de Albert Einstein sobre la gravedad. Hubo que esperar hasta 1964 para que los científicos propusieran siquiera que habían observado uno, y no fue hasta 2019 que los astrónomos pudieron publicar la ahora famosa fotografía del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, la primera imagen real de un agujero negro.
Dicho esto, la exitosa película de Christopher Nolan “Interstellar”, que presenta notablemente un agujero negro, se estrenó en 2014. Así que Nolan, aunque prefiere evitar el CGI, no tuvo otra opción que usar computadoras para crear el agujero negro de la película. Y pudo hacerlo sólo porque existe una larga tradición de generar imágenes de un agujero negro, que se remonta a 1979.
Resulta que al universo le encanta seguir reglas. Toda la historia de la física (en realidad, toda la ciencia) se puede resumir en una frase: la búsqueda de descubrir cuáles son las reglas del universo. Los científicos definen esas reglas utilizando ecuaciones matemáticas. Entonces, todo lo que se necesitó para crear una imagen de un agujero negro fue simplemente conectar esas ecuaciones a una computadora y dejar que arrojara un resultado. ¿Qué tan difícil podría ser? Resulta increíblemente difícil, porque el primer problema fue descifrar las ecuaciones en primer lugar.
Durante mucho tiempo, los científicos entendieron la gravedad tal como la formuló Isaac Newton en 1687: cada objeto en el universo aplica una fuerza sobre todos los demás objetos en el universo, y esa fuerza es proporcional al producto de las masas de los objetos (¿cómo?). cuántas cosas hay) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre los centros de los objetos. En términos más simples, los objetos más grandes y a distancias más cortas producen más gravedad.
Y luego vino Einstein y lo complicó todo mucho más. Resulta que hubo algunos casos en los que la teoría de la gravedad de Newton no predijo perfectamente lo que estaba sucediendo. Si bien Newton pudo describir la fuerza creada por la gravedad, nunca pudo determinar qué hizo que esa fuerza sucediera: nos dio el “qué”, pero no el “cómo” y el “por qué”. Las teorías de Einstein se basaron en el trabajo de Newton y otros físicos para llenar ese vacío y, al hacerlo, resolvieron algunos de los casos en los que la teoría de Newton fracasó.
En 1905, Einstein reveló su teoría de la relatividad especial, que se basaba en dos ideas: primero, que las leyes de la física nunca cambian mientras te mueves a una velocidad constante, y segundo, que la velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma. lo mismo, pase lo que pase. Si alguna vez has oído hablar del “espacio-tiempo” o del “continuo espacio-tiempo”, viene de aquí. Para que la velocidad de la luz siga siendo siempre la misma, el tiempo y la distancia tienen que cambiar, a veces de manera inesperada (el famoso fenómeno de la dilatación del tiempo). Esta conexión extraña y contradictoria entre el espacio físico y el paso del tiempo es una parte fundamental del funcionamiento de nuestro universo.
Durante los siguientes 10 años, Einstein trabajó para descubrir si podía encajar la gravedad en su teoría del espacio-tiempo, y eso fue lo que hizo la relatividad general. Para simplificar enormemente, cada objeto en el universo curva físicamente el campo del espacio-tiempo, alterando la trayectoria de cualquier objeto que pase cerca de él. Según la teoría de Einstein, percibimos ese cambio de trayectoria como gravedad, y nada, ni siquiera la luz, es inmune.
No mucho después, algunos físicos, como Karl Schwarzschild, notaron un problema potencial: ¿Qué pasaría si un objeto tuviera una masa tan grande que pudiera distorsionar tanto el espacio-tiempo que ni siquiera la luz, el objeto más rápido del universo, pudiera escapar? Bueno, cuando algo absorbe la luz, nuestros ojos perciben ese objeto como negro. Y este objeto negro tendría que ser absurdamente denso, tan denso que en su centro podría parecer como si hubiera creado un pequeño agujero en el tejido del espacio-tiempo.
En otras palabras, un momento, exactamente las mismas palabras: un agujero negro.
Desde entonces, los científicos se han basado en estas teorías, confirmando que Einstein, Schwarzschild y otros tenían razón una y otra vez. Sin embargo, tratar de explicar el concepto al público es un asunto completamente diferente. Generalmente, a la gente le gusta saber cómo se ve algo, y las reglas de un agujero negro hacen que responder esa pregunta sea realmente difícil.
Pero en 1979, el cosmólogo francés Jean-Pierre Luminet descubrió una manera de hacerlo utilizando las teorías y ecuaciones que dictan cómo la gravedad atrae objetos como el espacio cósmico hacia un agujero negro (resulta que es un proceso bastante complicado). Contrariamente a la impresión pública de que un agujero negro es simplemente una aspiradora galáctica gigante, un agujero negro simplemente ejerce la fuerza de la gravedad, ni más ni menos. Y la gravedad, en caso de que aún no la hayas comprendido, es muy complicada.
Entonces, cuando Luminet comenzó a crear su imagen de un agujero negro, usó ecuaciones para predecir cómo se vería afectada la luz al pasar cerca del agujero negro. Su resultado mostró un pequeño anillo de luz alrededor de un círculo que de otro modo sería completamente negro. Luego, descubrió cómo la órbita del polvo espacial alrededor del agujero negro podría afectar su imagen, qué podría pasar si el agujero negro estuviera girando y otras complicaciones. Y luego utilizó una computadora de la década de 1970 para imprimir una imagen simulada.
En su artículo, sugirió que esta imagen podría representar con precisión, entre otros agujeros negros, “el agujero negro supermasivo cuya existencia en el núcleo de M 87 se ha sugerido recientemente”.
En abril de 2017, un proyecto masivo dirigido por el astrónomo de Harvard Shep Doeleman escaneó el cielo alrededor de M87 utilizando telescopios en todo el mundo. Luego pasaron dos años analizando los datos y creando una imagen:
(Telescopio del Horizonte de Sucesos)
Considerándolo todo, es seguro decir que Luminet hizo un trabajo bastante bueno.
