El español que hizo posible la histórica foto del agujero negro gracias a su brillante idea

Las instalaciones del Centro Astronómico de Yebes, en Guadalajara, no tienen una relación directa con la obtención de la histórica primera imagen de un agujero negro que mostraron los científicos el pasado miércoles, pero allí trabaja un investigador que ha sido clave para lograrla. Sin su contribución, esta foto habría costado mucho más dinero, habría tardado más años en materializarse y tendría menos calidad.

Su nombre es Iván Martí Vidal y es un físico valenciano que está a punto de cumplir 39 años. Desde este observatorio perteneciente al Instituto Geográfico Nacional (IGN), atiende por teléfono a Teknautas para explicar cómo resolvió un problema que parecía imposible: combinar los datos del observatorio chileno ALMA con los de otras siete estaciones del proyecto Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) repartidas por puntos muy distantes de la Tierra.

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Foto histórica: esta es la primera imagen real de un agujero negro

A. Villarreal

ALMA, en el desierto de Atacama, es el mayor proyecto astronómico del mundo, un impresionante conjunto de 66 antenas que apuntan al espacio. Sin embargo, la imagen del agujero negro de la galaxia Messier 87, situada a 55 millones de años luz, ha sido posible gracias a la fusión de los datos de radiotelescopios situados en diversas partes del mundo con una técnica que se conoce como interferometría, de manera que los investigadores han convertido todo nuestro planeta en un enorme ojo que ha podido captar esa imagen como si se tratara de un solo telescopio gigantesco.

Hasta hace muy poco un problema técnico hacía impensable un resultado tan bueno a corto plazo: “La polarización de la luz es diferente en las antenas del ALMA que en las del resto, así que no se podían combinar los resultados para emular un radiotelescopio del tamaño de la Tierra, que es la base de este proyecto”, comenta.

Parecía que la única solución era cambiar el 'hardware', es decir, sustituir partes “muy delicadas” de los receptores de ALMA para que fuesen compatibles con el resto. El coste podría haberse aproximado al millón de euros, un pellizco importante del total del proyecto, pero eso no era lo peor. “Habría sido carísimo, pero lo más importante es que probablemente habría supuesto años de retraso y además se corría el peligro de perder parte de la sensibilidad de los receptores, con lo cual, la calidad de los resultados habría sido peor”, afirma, “así que yo propuse cambiar la polarización por medio de software”.

Esta solución implicó meses de trabajo intenso en el desarrollo del algoritmo que iba a permitir la compatibilidad de los datos. “Había gente escéptica, pensaban que mis ecuaciones de polarimetría no iban a servir, pero era tan fácil como comprobarlo, así que utilizamos observaciones piloto y vimos que funcionaba”, relata Iván Martí.

Desde que realizó esta propuesta, en el año 2015, pasó muy poco tiempo hasta que los observatorios recogieron los datos que permitieron formar la imagen, en 2017. Sin aquella idea, aún no habríamos visto un agujero negro de verdad. Tras este éxito, pasó a coordinar el grupo de polarimetría del EHT, que se encarga de estudiar el papel de los campos magnéticos en las proximidades del agujero negro.

La segunda estación más potente, en Sierra Nevada

Además del conjunto de antenas del desierto de Atacama, participan en el proyecto EHT otro observatorio de Chile, dos de Hawái, uno de Arizona, uno de México y el Observatorio IRAM, ubicado en Granada a los pies del Pico Veleta, el segundo más alto de Sierra Nevada.

Con su impactante antena de 30 metros de diámetro y poco más de una treintena de personas en la plantilla, “ésta es la estación más potente del proyecto después de ALMA”, destaca Miguel Sánchez Portal, director de estas instalaciones de Granada.

La misión de cada observatorio es detectar ondas de radio procedentes del agujero negro, que los científicos transforman en datos y fusionan para crear la imagen final. “Nosotros recibimos la señal en nuestro receptor, esto es como tener una cámara de un solo pixel, pero genera una corriente proporcional a la intensidad de la luz que nos llega y, al registrarla a lo largo del tiempo, contamos con un gran volumen de información”, explica.

Los datos que recopilan se envían a superordenadores de Alemania y Estados Unidos que permiten reconstruir la imagen. Pero ni siquiera esto es suficiente, porque hay que utilizar un 'software' que compense la falta de información.

El desarrollador de algoritmos

Ahí es donde entra otro de los científicos españoles que ha destacado en el proyecto como uno de los coordinadores del artículo científico que presenta y analiza los resultados, José Luis Gómez, investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Su ubicación en Granada no tiene nada que ver con la participación del observatorio de Sierra Nevada, ya que se ha encargado de una parte muy distinta: desarrollar uno de los tres algoritmos principales usados en la reconstrucción de las imágenes.

“Lo que hemos hecho no es como tomar una foto con el móvil”, bromea, “es necesario hacer operaciones matemáticas para lograr la imagen”. Una de las curiosidades de esta gran colaboración científica que incluye a más de 200 investigadores es que, en realidad, muchos de ellos no han colaborado. “En el proceso de reconstrucción de las imágenes se crearon cuatro grupos de trabajo de manera totalmente independiente y cada uno obtuvo una imagen”, señala.

Este procedimiento era la mejor fórmula para evitar sesgos y garantizar que el resultado iba a ser fiable. De hecho, las imágenes que logró cada uno de los grupos aplicando algoritmos distintos se parecían en un 95% entre sí.

Nuestro ojo lo vería distinto

Al final, “tenemos una reconstrucción fiel de la realidad”, coinciden los investigadores. En concreto, un anillo que muestra gas caliente arremolinándose alrededor de un vacío, el verdadero agujero negro que se traga cualquier materia que esté a su alrededor desde el horizonte de sucesos (de ahí el nombre del proyecto) o punto de no retorno.

Lo importante es que ese círculo que las redes sociales rápidamente bautizaron como el ojo de Sauron por El Señor de los Anillos, ya no es una recreación artística, sino una fotografía auténtica, aunque con nuestro ojo humano no veríamos lo mismo por muy cerca que estuviéramos, porque no se corresponde con la luz visible que somos capaces de captar.

Con nuestro ojo humano no veríamos lo mismo por cerca que estuviéramos porque no se corresponde con la luz que somos capaces de captar

Mientras que los radiotelescopios detectan ondas de radio –similares a las de sintonizamos en los aparatos de radio convencionales pero en otra frecuencia–, nuestra visión no alcanza esa región del espectro electromagnético. Aún así, si estuviéramos lo suficientemente cerca “veríamos algo, pero sería otra cosa distinta”.

Una imagen del pasado

No obstante, también hay que tener en cuenta que es una imagen del pasado. “Estamos viendo cómo era hace 55 millones de años”, apunta José Luis Gómez en referencia a lo que han tardado en llegar hasta nosotros las ondas electromagnéticas. Ahora tendría “una forma ligeramente distinta, un agujero negro cambia con el tiempo porque cada vez adquiere más masa”, explica.

¿Y ahora qué? “Esto es más que un primer paso”, afirma el director del IRAM de Granada, “el siguiente gran hito van a ser los resultados de Sagitario A*, el agujero negro que hay en nuestra propia galaxia. De hecho, se había especulado con que la imagen que se iba a mostrar el pasado miércoles sería la de este objeto, muchísimo más cercano a nuestro planeta, aunque de menor tamaño.

Probablemente el agujero negro de Sagitario A* no se presente como una imagen estática sino como una película

De hecho, los investigadores del proyecto EHT ya han trabajado en este inquietante objeto de la Vía Láctea y prometen resultados pronto. No obstante, todo será diferente. “Es algo muy distinto que requiere nuevos algoritmos por muchas razones”, asegura José Luis Gómez, “tenemos mucho materia entre nosotros y ese agujero negro que perturba la imagen, además es 1.000 veces más pequeño que el de la imagen que hemos presentado y su luz varía de manera muy rápida”.

Tan rápida que con poco tiempo de observación se podrá ver una evolución y eso hará que probablemente los científicos presenten este nuevo agujero negro no como una imagen estática, sino como una película.

El reto de mirar al espacio con unas gafas polarizadas

Eso no quiere decir que los científicos se vayan a olvidar de la galaxia Messier 87. Precisamente, el problema en el que trabajó Iván Martí, la polarización, puede ofrecer un caudal de información extraordinario en los próximos años. “Tanto la luz visible como las ondas de radio con las que trabajamos tienen polarización”, explica. La polarización es la dirección en la que oscilan las ondas electromagnéticas. De hecho, lo que hacen unas gafas de sol polarizadas –o las que se usan en los cines 3D– es filtrar la luz dejando pasar únicamente fotones cuya vibración electromagnética se produce en una dirección determinada.

Para los científicos esto significa que las ondas electromagnéticas “llevan codificada en su interior información esencial” y esto les permitirá “saber más sobre cómo interactúan los agujeros negros y la materia que tienen a su alrededor porque conoceremos mejor sus campos magnéticos”. Y es que la idea de que los agujeros negros se tragan todo que pasa el horizonte de sucesos es demasiado simple, puesto que los elementos que rotan a su alrededor podrían incluso estar extrayendo energía de estos misteriosos objetos.

La utilidad de esta “evidencia directa”

En definitiva, los investigadores acaban de mostrar al mundo la primera “evidencia directa” de la existencia de agujeros negros –aunque la detección de ondas gravitacionales fue otra evidencia muy fuerte, “casi directa”, concede Iván Martí–, pero para ellos lo importante es la utilidad científica de los datos procesados.

“Nos proporcionan información de su periodo de rotación, sobre la física de los chorros [estallidos de rayos X que se producen cuando absorben materiales] y para validar los teoremas que utilizamos”, apunta Miguel Sánchez Portal.

En esa aventura seguirán estos investigadores españoles, a los que hay que sumar las contribuciones de Antxon Alberdi, director del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), que se centra en el estudio de la formación de chorros relativistas. Por parte del IRAM, además de su director, la participación más destacada fue la de los ingenieros Salvador Sánchez e Ignacio Ruiz y la del investigador Pablo Torné. Y en ese radiotelescopio de Sierra Nevada también trabajó activamente Rebecca Azulay, científica de la Universidad de Valencia.