La compleja b¨²squeda de los agujeros negros

El grupo internacional EHT (siglas de Event Horizont Telescope, Telescopio Horizonte de Sucesos) ha dado a conocer un ¡°descubrimiento relevante¡± en nuestra galaxia. Este equipo internacional consigui¨® en 2019 la primera imagen de un agujero negro, concretamente, el monstruo de masa equivalente a 6.500 millones de soles que se esconde en el coraz¨®n de la galaxia M87. Las observaciones hab¨ªan incluido tambi¨¦n el agujero negro (quiz¨¢s uno de los agujeros negros) que ocupa el centro de la V¨ªa L¨¢ctea. Se conoce como Sagitarius A*, donde el asterisco es el s¨ªmbolo utilizado para denominar a estos misteriosos cuerpos celestes. Se cree que muchas galaxias albergan uno o varios en su n¨²cleo.

Comparado con M87*, Sagitarius A* es peque?o. Apenas cuatro millones de soles. Pero tambi¨¦n est¨¢ much¨ªsimo m¨¢s cerca, a apenas 30.000 a?os luz en lugar de los 50 millones de a?os luz que nos separan del primero. Es 2.000 veces menor y 2.000 veces m¨¢s pr¨®ximo, as¨ª que el tama?o aparente con que se ven ambos desde la Tierra es m¨¢s o menos el mismo.

Por supuesto, nunca se hab¨ªa fotografiado, pero s¨ª que se hab¨ªa podido localizar con exactitud, analizando c¨®mo se mueven las estrellas del n¨²cleo de nuestra galaxia. Midiendo sus posiciones a lo largo de varios a?os se ha visto que unas pocas docenas describen trayectorias el¨ªpticas alrededor de un punto en apariencia vac¨ªo. Ah¨ª est¨¢ Sagitarius A*.

Parece que, dada su proximidad, deber¨ªa ser m¨¢s f¨¢cil su estudio que el de M87*, pero resulta justo lo contrario. Visto desde la Tierra, Sagitarius A* est¨¢ inmerso en el denso enjambre de estrellas del n¨²cleo gal¨¢ctico y su luz ha de atravesar las espesas nubes de gas y polvo de los brazos espirales que forman la V¨ªa L¨¢ctea. Los algoritmos que ¡°limpian¡± la imagen tienen que descartar mucha m¨¢s ¡°basura¡± que, en el caso de una espiral m¨¢s remota, como M87*.

Ni que decir tiene que pese a su tremenda masa, estos cuerpos son diminutos. Imposibles de ver con un telescopio convencional. Har¨ªa falta uno del tama?o de un planeta. De hecho, lo que observa el Event Horizon Telescope no son fotones de luz visible, sino ondas de radio. Combinando las se?ales de receptores separados por miles de kil¨®metros, el resultado es similar al que ofrecer¨ªa un objetivo gigante de ese mismo di¨¢metro. Eso s¨ª, con la limitaci¨®n de que dos antenas fijas s¨®lo proporcionan informaci¨®n en una sola dimensi¨®n. Hace falta el trabajo combinado de varios receptores durante mucho tiempo para llegar a componer una imagen completa.

A medida que la Tierra gira, unos observatorios entran en posici¨®n de ver el agujero negro mientras que otros lo pierden. Debido a la distancia que separa las antenas, la luz llega a cada una con liger¨ªsimos desfases de tiempo que cambian minuto a minuto. Aprovechar esas diferencias es el fundamento de una t¨¦cnica llamada¡± interferometr¨ªa de muy larga base¡±. Para ello es imprescindible una sincronizaci¨®n perfecta: las se?ales de radio se graban junto con pulsos de reloj microsegundo a microsegundo, esencial para luego poderlas combinar adecuadamente.

No son se?ales f¨¢ciles de detectar, ni mucho menos. Unos mil millones de veces m¨¢s d¨¦biles que una emisi¨®n de televisi¨®n. Para encender con ellas una simple bombilla de 40 vatios en un destello de un par de segundos habr¨ªa que recolectarla durante un tiempo comparable a la existencia del Universo.

Es una tarea lenta. La imagen de M87* requiri¨® cuatro d¨ªas de recogida de datos en ocho radiotelescopios repartidos desde Haw¨¢i a Pico Veleta y desde el desierto de Atacama al Polo Sur. Con bases de interferencia tan grandes pueden alcanzarse resoluciones de 25 millon¨¦simas de segundo de arco. M¨¢s que suficiente ¨Dpor ejemplo¨D para contar desde Madrid las estrellas de la orla en una moneda de un c¨¦ntimo situada en Barcelona.

La cantidad de informaci¨®n recogida en estos experimentos es enorme. Alrededor de cinco petabytes (un petabyte es un mill¨®n de gigabytes). Imposible transmitirlo por internet. Hubo que enviar f¨ªsicamente cientos de discos duros al centro de recogida de datos para poder combinar todas las observaciones y componer la imagen del agujero negro. Una tarea que llevar¨ªa a?os.

Por as¨ª decirlo, la se?al que recibe una antena en cada momento es como una nota en una sinfon¨ªa. A medida que se unen otras antenas con las se?ales captadas mientras la Tierra gira, el pentagrama se va llenando con nuevas notas. Nunca llegar¨¢ a recomponerse la pieza completa, con todos sus matices: es demasiado compleja. Pero, con suerte, la melod¨ªa s¨ª podr¨¢ identificarse.

Varios equipos trabajaron de forma independiente para recomponer la foto de M87* y, presumiblemente, tambi¨¦n ser¨¢ as¨ª con Sagitarius A*. Un trabajo muy complicado que implica t¨¦cnicas realmente arcanas: ¡°correladores¡±, l¨ªneas de retardo de se?al, ajustes de fase, distribuciones gaussianas, tiempos de integraci¨®n e inacabables operaciones matem¨¢ticas en su mayor¨ªa con n¨²meros complejos. A veces, lo ¨²nico que aparece es una simple pantalla de ruido blanco; otras, apenas una sombra. Y por fin, fruto del consenso de todos los equipos implicados, surge el famoso anillo de luz alrededor de un disco oscuro, la imagen que se ajusta a la predicci¨®n te¨®rica de c¨®mo debe verse aquello que, por definici¨®n, era invisible.

Rafael Clemente es ingeniero industrial y fue el fundador y primer director del Museu de la Ci¨¨ncia de Barcelona (actual CosmoCaixa). Es autor de ¡®Un peque?o paso para [un] hombre¡¯ (Libros C¨²pula).

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