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3 Preguntas enormes que la Imagen del Agujero Negro no respondió

Una red internacional de radiotelescopios ha producido la primera imagen de primer plano de la sombra de un agujero negro, que los científicos revelaron esta mañana (10 de abril). La colaboración, llamada Telescopio de Horizonte de Sucesos, confirmó décadas de predicciones de cómo se comportaría la luz alrededor de estos objetos oscuros, y preparó el escenario para una nueva era de astronomía de agujeros negros.

» De una escala de cero a increíble, fue increíble», dijo Erin Bonning, astrofísica e investigadora de agujeros negros de la Universidad de Emory que no participó en el esfuerzo de obtención de imágenes.

«Dicho esto, era lo que esperaba», le dijo a Live Science.

El anuncio, bromeado con una semana y media de anticipación, logró ser increíblemente emocionante y casi completamente desprovisto de detalles sorprendentes o nueva física. La física no se descompuso. No se revelaron características inesperadas de agujeros negros. La imagen en sí era casi una combinación perfecta para ilustraciones de agujeros negros que estamos acostumbrados a ver en la ciencia y la cultura pop. La gran diferencia es que es mucho borrosa.

Sin embargo, hubo varias preguntas importantes relacionadas con los agujeros negros que quedaron sin resolver, dijo Bonning.

¿Cómo producen los agujeros negros sus enormes chorros de materia caliente y rápida?

Todos los agujeros negros supermasivos tienen la capacidad de masticar materia cercana, absorber la mayor parte de ella más allá de sus horizontes de eventos, y escupir el resto al espacio a una velocidad cercana a la luz en torres ardientes que los astrofísicos llaman «chorros relativistas».»

Y el agujero negro en el centro de Virgo A (también llamado Messier 87) es famoso por sus impresionantes chorros, que arrojan materia y radiación por todo el espacio. Sus chorros relativistas son tan grandes que pueden escapar por completo de la galaxia circundante.

Una imagen del Hubble de 1998 muestra el jet relatávico que escapa de Virgo A. (Crédito de la imagen: J. A. Birreta et al., Equipo del Patrimonio del Hubble (STScI / AURA), NASA)

Y los físicos saben a grandes rasgos cómo sucede esto: El material acelera a velocidades extremas al caer en el pozo de gravedad del agujero negro, luego parte de él se escapa mientras retiene esa inercia. Pero los científicos no están de acuerdo sobre los detalles de cómo sucede esto. Esta imagen y los documentos asociados aún no ofrecen ningún detalle.

Averiguar eso, dijo Bonning, será cuestión de vincular las observaciones del Telescopio Event Horizons, que cubren una cantidad bastante pequeña de espacio, con las imágenes mucho más grandes de chorros relativistas.

Si bien los físicos aún no tienen respuestas, dijo, hay una buena probabilidad de que lleguen pronto, especialmente una vez que la colaboración produzca imágenes de su segundo objetivo: el agujero negro supermasivo Sagitario A* en el centro de nuestra propia galaxia, que no produce chorros como el de Virgo A. Comparar las dos imágenes, dijo, podría ofrecer cierta claridad.

¿Cómo encajan la relatividad general y la mecánica cuántica?

Cada vez que los físicos se reúnen para hablar de un nuevo descubrimiento realmente emocionante, puedes esperar escuchar a alguien sugerir que podría ayudar a explicar la «gravedad cuántica».»

Eso es porque la gravedad cuántica es la gran desconocida en la física. Durante aproximadamente un siglo, los físicos han trabajado usando dos conjuntos diferentes de reglas: la relatividad general, que cubre cosas muy grandes como la gravedad, y la mecánica cuántica, que cubre cosas muy pequeñas. El problema es que esos dos reglamentos se contradicen directamente. La mecánica cuántica no puede explicar la gravedad, y la relatividad no puede explicar el comportamiento cuántico.

Algún día, los físicos esperan unir los dos en una gran teoría unificada, probablemente involucrando algún tipo de gravedad cuántica.

Y antes del anuncio de hoy, se especulaba que podría incluir algún avance sobre el tema. (Si las predicciones de la relatividad general no se hubieran confirmado en la imagen, eso habría movido la bola hacia adelante. Durante una sesión informativa de la Fundación Nacional de Ciencias, Avery Broderick, físico de la Universidad de Waterloo en Canadá y colaborador en el proyecto, sugirió que ese tipo de respuestas podrían estar llegando.

Pero Bonning era escéptico de esa afirmación. Esta imagen no era sorprendente desde una perspectiva de relatividad general, por lo que no ofrecía una física nueva que pudiera cerrar la brecha entre los dos campos, dijo Bonning.

Aún así, no es una locura que la gente espere respuestas de este tipo de observación, dijo, porque el borde de la sombra de un agujero negro trae fuerzas relativistas a espacios diminutos de tamaño cuántico.

«Esperaríamos ver la gravedad cuántica muy, muy cerca del horizonte de eventos o muy, muy temprano en el universo temprano», dijo.

Pero en la resolución aún borrosa del Telescopio Event Horizons, dijo, no es probable que encontremos ese tipo de efectos, incluso con actualizaciones planificadas entrantes.

¿Eran las teorías de Stephen Hawking tan correctas como las de Einstein?

La mayor contribución a principios de carrera del físico Stephen Hawking a la física fue la idea de la» radiación Hawking», que los agujeros negros no son realmente negros, sino que emiten pequeñas cantidades de radiación con el tiempo. El resultado fue muy importante, porque mostró que una vez que un agujero negro deja de crecer, comenzará a reducirse muy lentamente debido a la pérdida de energía.

Pero el Telescopio Event Horizons no confirmó ni negó esta teoría, dijo Bonning, no es que nadie lo esperara.

Los agujeros negros gigantes como el de Virgo A, dijo, emiten solo cantidades mínimas de radiación Hawking en comparación con su tamaño total. Si bien nuestros instrumentos más avanzados ahora pueden detectar las luces brillantes de sus horizontes de eventos, hay pocas posibilidades de que alguna vez destaquen el brillo ultra tenue de la superficie de un agujero negro supermasivo.

Esos resultados, dijo, probablemente provendrán de los agujeros negros más pequeños: objetos teóricos de corta duración tan pequeños que podrías encerrar todo su horizonte de eventos en tu mano. Con la oportunidad de realizar observaciones de cerca, y con mucha más radiación disponible en comparación con su tamaño total, los humanos eventualmente podrían descubrir cómo producir o encontrar una y detectar su radiación.

Entonces, ¿qué aprendimos realmente de esta imagen?

Primero, los físicos aprendieron que Einstein tenía razón, una vez más. El borde de la sombra, hasta donde puede ver el Telescopio Event Horizons, es un círculo perfecto, tal como predijeron los físicos del siglo XX que trabajaban con las ecuaciones de relatividad general de Einstein.

» No creo que nadie deba sorprenderse cuando pase otra prueba de relatividad general», dijo Bonning. «Si hubieran subido al escenario y dicho que la relatividad general se había roto, me habría caído de la silla.»

El resultado con implicaciones prácticas más inmediatas, dijo, fue que la imagen permitió a los científicos medir con precisión la masa de este agujero negro supermasivo, que se encuentra a 55 millones de años luz de distancia en el corazón de la galaxia Virgo A. Es 6,5 mil millones de veces más masivo que nuestro sol.

Eso es un gran problema, dijo Bonning, porque podría cambiar la forma en que los físicos pesan los agujeros negros supermasivos en los corazones de otras galaxias más distantes o más pequeñas.

En este momento, los físicos tienen una medición bastante precisa de la masa del agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, dijo Bonning, porque pueden ver cómo su gravedad mueve estrellas individuales en su vecindario.

Pero en otras galaxias, nuestros telescopios no pueden ver los movimientos de estrellas individuales, dijo. Así que los físicos están atascados con mediciones más duras: Cómo la masa del agujero negro influye en la luz que proviene de diferentes capas de estrellas de la galaxia, o cómo su masa influye en la luz que proviene de diferentes capas de gas flotante en la galaxia.

Pero esos cálculos son imperfectos, dijo.

«Tienes que modelar un sistema muy complejo», dijo.

Y los dos métodos terminan produciendo resultados algo diferentes en cada galaxia que observan los físicos. Pero al menos para el agujero negro en Virgo A, ahora sabemos que un método es correcto.

» Nuestra determinación de 6.5 mil millones de masas solares terminan aterrizando justo encima de la determinación de masa más pesada», dijo en la rueda de prensa Sera Markoff, astrofísico de la Universidad de Ámsterdam y colaborador del proyecto.

Eso no significa que los físicos simplemente se muevan al por mayor a ese enfoque para medir las masas de agujeros negros, dijo Bonning. Pero ofrece un punto de datos importante para refinar cálculos futuros.

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Publicado originalmente en Live Science.

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