Dos misiones para desentra?ar el misterio de los agujeros negros

En el centro de nuestra galaxia y, probablemente, en el de todas las dem¨¢s, existen objetos m¨¢s f¨¢ciles de nombrar que de imaginar. Los agujeros negros supermasivos tienen millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol, que a su vez equivale a 330.000 Tierras. El nuestro, el de la V¨ªa L¨¢ctea, est¨¢ relativamente cerca, a 27.000 a?os luz, y tiene tanta masa como cuatro millones de soles.

Estos objetos, muy distintos de los agujeros negros que se forman cuando las grandes estrellas agotan su combustible y que solo alcanzan las decenas de masas solares, contienen la clave de la evoluci¨®n de las galaxias y del universo. Se sabe que existe una correlaci¨®n entre el tama?o de una galaxia y el agujero negro que la habita y tambi¨¦n que las estrellas de los confines de una galaxia se mueven m¨¢s r¨¢pido cuanto mayor es el agujero negro central, pese a estar fuera de su ¡°jurisdicci¨®n¡± gravitatoria.

Dentro de una d¨¦cada, la Agencia Espacial Europea (ESA) quiere centrar dos de sus principales misiones cient¨ªficas en estos objetos descomunales para desentra?ar sus misterios. La primera de ellas, Athena (de las siglas en ingl¨¦s para Telescopio Avanzado para Astrof¨ªsica de Alta energ¨ªa), es el mayor telescopio de rayos X construido hasta la fecha y su lanzamiento estaba previsto para 2031. Est¨¢ dise?ada para captar los fen¨®menos m¨¢s calientes y energ¨¦ticos del cosmos con una precisi¨®n in¨¦dita y recopilar informaci¨®n para responder a dos cuestiones fundamentales. Una tiene que ver con la evoluci¨®n de los agujeros negros del centro de las galaxias. La otra, con el modo en que la materia ordinaria, de la que est¨¢n hechas las estrellas o los seres humanos, se entrelaza con la materia oscura, mucho m¨¢s abundante, pero invisible, para formar el tejido del que est¨¢ hecho el cosmos.

La segunda gran misi¨®n cient¨ªfica de la ESA para la d¨¦cada que viene es LISA (siglas en ingl¨¦s de antena espacial de interfer¨®metro l¨¢ser), una constelaci¨®n de tres sat¨¦lites con una disposici¨®n sin precedentes para observar ondas gravitacionales, un fen¨®meno teorizado por Einstein hace m¨¢s de un siglo, pero que no fue observado por primera vez hasta 2016. Cuando se produce el choque entre dos objetos extremadamente poderosos, como los agujeros negros en el centro de dos galaxias que se funden, el tejido espaciotemporal del cosmos se sacude como un estanque al que se arroja una piedra. Como las ondulaciones en el agua, se aten¨²an con la distancia y cuando el eco de esos fen¨®menos llega hasta las inmediaciones de nuestro planeta, son casi imperceptibles y sobre la superficie terrestre quedan enterradas en una gran cantidad de se?ales de todo tipo.

En la Tierra, experimentos como Virgo y LIGO han detectado las ondas gravitacionales producidas por la fusi¨®n de agujeros negros relativamente peque?os, con solo decenas de veces la masa del Sol. LISA podr¨¢ estudiar ondas gravitacionales de muy baja frecuencia, como las que liberan los agujeros negros supermasivos al encontrarse. Para conseguirlo, sus sat¨¦lites se colocar¨¢n en el espacio, muy lejos de las perturbaciones de la superficie terrestre, en formaci¨®n de tri¨¢ngulo equil¨¢tero, separados por 2,5 millones de kil¨®metros de distancia. Como si fuesen unas boyas, tres sensores en ca¨ªda libre unidos por l¨¢ser detectar¨¢n ondulaciones diminutas del tejido espaciotemporal, menores que el di¨¢metro de un ¨¢tomo.

El lanzamiento de LISA estaba previsto para 2034 porque, dada la complejidad de este tipo de misi¨®n, la ESA suele separarlas por al menos cinco a?os. Sin embargo, los responsables cient¨ªficos de la agencia vieron una oportunidad de multiplicar el valor de las observaciones de Athena y LISA poni¨¦ndoles a estudiar con distintos sentidos los mismos fen¨®menos. Como si la primera pusiese la vista y la segunda el tacto, el estudio de la fusi¨®n de agujeros negros a trav¨¦s de sus emisiones de rayos X y de ondas gravitacionales ofrecer¨ªa una visi¨®n mucho m¨¢s completa del fen¨®meno.

Para adelantar el lanzamiento del observatorio de ondas gravitacionales, era necesario incrementar el presupuesto dedicado por los pa¨ªses miembros de la ESA a su programa de ciencia espacial. Eso sucedi¨® a finales de noviembre en Sevilla, en la reuni¨®n de los ministros responsables de actividades espaciales de los pa¨ªses europeos. Por primera vez en 25 a?os se produjo un incremento significativo de esta partida, que alcanz¨® los 1.671 millones de euros para los pr¨®ximos cinco a?os. Con la nueva planificaci¨®n, LISA partir¨ªa en 2032, solo un a?o despu¨¦s de Athena.

El telescopio de rayos X realizar¨¢ medidas sobre cientos de miles de agujeros negros, algunos cercanos y otros m¨¢s alejados, pero son precisamente los m¨¢s remotos, aquellos que se formaron en los primeros cientos de millones de a?os del universo, los que interesan a los responsables de la misi¨®n. Comprender c¨®mo se formaron estos objetos, que son una especie de motores de las galaxias, ayudar¨¢ tambi¨¦n a comprender la evoluci¨®n del universo y, en ¨²ltimo t¨¦rmino, conocer mejor la historia que un d¨ªa permiti¨® nuestra aparici¨®n sobre la Tierra. En combinaci¨®n con LISA, se tratar¨¢ de comprender tambi¨¦n por qu¨¦ algunos de estos monstruos gal¨¢cticos se activan y comienzan a engullir la materia que les rodea, lanzando al espacio una intensa radiaci¨®n y convirtiendo el interior de sus galaxias en n¨²cleos activos. La V¨ªa L¨¢ctea, por ejemplo, es, al menos de momento, una galaxia dormida, pero no tendr¨ªa por qu¨¦ serlo siempre.

Este trabajo conjunto entre dos observatorios tan diferentes no ser¨¢ simple. Esta misma semana, en la revista Nature Astronomy, tres investigadores de la Universidad de Birmingham (Reino Unido) hablaban de los retos, entre otros que, como corresponde a un proyecto de ciencia de frontera, se desconocen muchas cosas sobre los procesos f¨ªsicos que se van a analizar. En la colaboraci¨®n, LISA detectar¨ªa primero un fen¨®meno como una fusi¨®n de dos agujeros negros y despu¨¦s llegar¨ªa Athena para analizar las emisiones ultraenerg¨¦ticas del choque de gigantes. ¡°Uno de los retos para Athena ser¨¢ identificar el verdadero suceso de ondas gravitacionales [que detect¨® LISA] entre cientos de candidatos en su campo de visi¨®n¡±, escriben los autores del art¨ªculo. Aunque advierten sobre las dificultades de la observaci¨®n conjunta, reconocen que la oportunidad para realizar nuevos descubrimientos y observaciones que transformen nuestra visi¨®n del universo es enorme.