En el borde de los agujeros negros

Existe un tipo particular de galaxias, las activas, que se caracterizan por tener un n¨²cleo central que brilla tanto que puede llegar a ser m¨¢s luminoso que la galaxia que lo alberga. En estas regiones suceden procesos f¨ªsicos de origen gravitatorio capaces de liberar enormes cantidades de energ¨ªa. Diversos indicios, como el movimiento del gas y de las estrellas en su vecindad, favorecen la hip¨®tesis de que en el coraz¨®n central de estas galaxias reside un agujero negro muy masivo (del orden de decenas a miles de millones de veces la masa del Sol), con un tama?o de un minuto-luz a varios d¨ªas-luz.

Cuando se observan estos n¨²cleos en longitudes de onda de radio, se detecta la presencia de chorros de emisi¨®n espectaculares (los denominados jets relativistas), que est¨¢n formados por part¨ªculas viajando a velocidades muy pr¨®ximas a la de la luz que emanan del n¨²cleo central y alcanzan distancias de millones de a?os-luz. Estos chorros son los aceleradores de part¨ªculas m¨¢s eficientes del cosmos. Como dec¨ªa un buen amigo y excelente astr¨®nomo llamado Lucas Lara -haciendo un s¨ªmil entre los rangos de energ¨ªa de los objetos astrof¨ªsicos y la m¨²sica- estar¨ªamos hablando de la "Astrof¨ªsica heavy metal".

El horizonte de sucesos

Cuando queremos obtener la imagen de un agujero negro, surge un problema: como comentaba mi colega Luis Colina con Malen Ruiz de Elvira en EL PA?S, las observaciones astrof¨ªsicas no entran en los agujeros negros sino que llegan hasta su borde, lo que t¨¦cnicamente conocemos como el horizonte de sucesos. Este l¨ªmite est¨¢ asociado con la ¨²ltima ¨®rbita donde el material puede girar en torno al agujero negro sin caer en ¨¦l. Para acercarnos al agujero negro, necesitamos observaciones que nos proporcionen gran capacidad de detalle (t¨¦cnicamente, se denomina resoluci¨®n). Los astr¨®nomos cuentan con un gran aliado para la observaci¨®n en radio, la interferometr¨ªa, que combina las im¨¢genes de varias antenas y consigue una resoluci¨®n similar a la de una antena con un di¨¢metro equivalente a la distancia que las separa (?hasta diez mil kil¨®metros!). Estas t¨¦cnicas son las que nos proporcionan im¨¢genes directas y n¨ªtidas de las regiones nucleares de las galaxias activas, acotando tanto el tama?o de los n¨²cleos como la estructura de los chorros en la vecindad del agujero negro supermasivo.

Para definir el "tama?o" de un agujero negro, los astrof¨ªsicos utilizamos el concepto del radio de Schwarzschild (Rsch), que est¨¢ asociado con el radio aparente del horizonte de sucesos y que se toma como unidad de medida. Su valor depende de la masa del agujero negro: a modo de ejemplo, si el Sol fuera un agujero negro, tendr¨ªa un tama?o de tres kil¨®metros; una galaxia activa de 1.000 millones de masas solares tiene un agujero negro con un tama?o de 7 UA (1 Unidad Astron¨®mica es la distancia media Tierra-Sol, unos 150 millones de kil¨®metros). Gracias a las observaciones interferom¨¦tricas se obtienen im¨¢genes con una nitidez del orden de miles, centenares y decenas de veces el radio de Schwarzschild, dependiendo de la masa del n¨²cleo y de cu¨¢n pr¨®xima se encuentre la galaxia activa.

'Zoom' progresivo

En los ¨²ltimos a?os, los radioastr¨®nomos han intentado ir mejorando la resoluci¨®n angular de sus im¨¢genes, permitiendo un zoom progresivo hacia los n¨²cleos de las galaxias activas y, simult¨¢neamente, batiendo marcas en cuanto a la nitidez de las im¨¢genes. As¨ª, observando el n¨²cleo de Cygnus A, que se encuentra a una distancia de 800 millones de a?os-luz y cuyo agujero negro tiene una masa de mil millones de masas solares, se obtienen im¨¢genes con una resoluci¨®n lineal del orden de 200 Rsch. En el caso de M87, que se encuentra a una distancia de 55 millones de a?os-luz, y con un agujero negro de 3.000 millones de masas solares, se obtienen im¨¢genes con un detalle de 20 Rsch. Otra galaxia activa mucho m¨¢s pr¨®xima, Centaurus A, situada a una distancia de 11 millones de a?os-luz y con una masa de 200 millones de masas solares para su agujero negro, puede cartograf¨ªarse con una resoluci¨®n inferior a los 10 Rsch. Con estas observaciones los astr¨®nomos estudian aquellas regiones pr¨®ximas a la ¨²ltima ¨®rbita estable en torno al centro de cada galaxia.

Pero el r¨¦cord lo ostentan las observaciones del centro de nuestra galaxia, la V¨ªa L¨¢ctea, en cuyo centro din¨¢mico se encuentra una fuente compacta de nombre SgrA*. Observaciones muy recientes han demostrado que el tama?o de SgrA* es inferior a 0.30 UA. Considerando que SgrA* se encuentra a una distancia de 26.000 a?os-luz y que su masa es de cuatro millones de masas solares, dicho tama?o corresponder¨ªa a tan solo 3.7 Rsch. ?Estamos ya en la vecindad del horizonte de sucesos del agujero negro! Desde el punto de vista de la f¨ªsica, se est¨¢n vislumbrando aquellas escalas de distancias en las que los efectos de la relatividad general son fundamentales.

Antxon Alberdi pertenece al Instituto de Astrof¨ªsica de Andaluc¨ªa (IAA-CSIC)