Los agujeros negros son los protagonistas de muchos de nuestros sueños cósmicos. Objetos casi legendarios que rompen las reglas de todo lo que creemos posibles. Extremos impensables para la mente humana que coquetean con esos infinitos que, normalmente, ni siquiera podemos imaginar. Sin embargo, sabemos bastante más sobre ellos de lo que puede parecer. Hace unos años que incluso podemos observarlos y, ahora, tenemos incluso un vídeo en tres dimensiones de cómo gira el agujero negro que hay en el corazón de nuestra galaxia y en él se ven incluso algunas llamaradas. Hablamos de la primera reconstrucción tridimensional de gas rotando cerca de un agujero negro y ha sido posible gracias a la inteligencia artificial.

En el vídeo se muestra a Sagitario A*, un agujero negro supermasivo en cuyo vecindario cósmico se arremolinan grandes cantidades de polvo interestelar y gas magnetizado. Allí es donde tienen lugar las explosiones que plasma el vídeo, a unos 75 millones de kilómetros del borde del agujero negro. Una distancia que es el equivalente a la mitad de la que nos separa a nosotros del Sol y que, para el tamaño que tiene toda la galaxia, es apenas un pellizco. Eventos emocionantes que, por primera vez, podemos ver, porque el vídeo no es una simulación, es una recreación exacta a partir de los datos que tenemos.

Regiones que atrapan luz

Pero ¿qué es un agujero negro? Pues, aunque suene extraño y para ser estrictos, un agujero negro es una región. El motivo es que, cuando hablamos de él, nos referimos a zonas del espacio donde no hay gran cosa más allá de deformaciones en el propio espacio-tiempo que hacen que todo caiga en su interior, incluso la luz si está suficientemente cerca. Por eso hablamos de una región. En cualquier caso, la clave está en que, esa zona, cuenta con una densidad enorme. Una gran masa concentrada en una pequeña parte del espacio.

Podemos imaginarlo como si nos tumbáramos sobre una cama elástica. Posiblemente se hunda un poco, deformando la tela, pero si nos ponemos de pie, concentrando nuestra masa sobre una superficie menor, como son nuestros pies, la deformación también aumentará, hundiéndonos más en la cama. Si olvidamos que la cama elástica es plana mientras que el espacio-tiempo tiene tres dimensiones espaciales y una temporal, podemos hacernos una idea de cómo la masa también deforma al espacio-tiempo en el que se encuentra. Lo importante, en cualquier caso, es intuir que la geometría del espacio tiempo puede cambiar cuando interactúa con objetos muy densos.

La reconstrucción

En la reconstrucción, lo que vemos, son sus alrededores, que hacen orbitar grandes cantidades de materia a velocidades altísimas, acelerándola y aumentando su temperatura hasta cotas increíbles. Y, con tanto tumulto, es relativamente frecuente que ocurran explosiones cuya luz es capaz de viajar hasta nuestros telescopios. Su origen no está del todo claro, pero ocurren varias veces al día. El problema es que, hasta ahora, solo las hemos podido deducir a partir de datos bastante crudos, porque tomar una imagen (y mucho menos un vídeo) del vecindario de un agujero negro no es especialmente fácil.

Para resolverlo, el equipo ha utilizado datos del telescopio ALMA y una técnica de inteligencia artificial llamada NeRF para crear una reconstrucción tridimensional de una explosión alrededor del agujero negro Sagitario A*. La idea es tan sencilla como difícil ha sido hacerla realidad. Esta inteligencia artificial reconstruye el aspecto tridimensional de un objeto a partir de una única foto, usando solo esa perspectiva. En este caso, la rotación de la galaxia ha ayudado, del mismo modo que nosotros no tenemos que movernos para ver desde distintos ángulos a un patinador que gira sobre sí mismo.

No obstante, los problemas eran mayores, por ejemplo, la bajísima resolución que tenemos de procesos tan distantes. Para entendernos, es como si estas explosiones fueran menores a un píxel de una foto. Por suerte, hay trucos para ganar resolución en estos casos, en concreto, teniendo en cuenta cómo está polarizada la luz que nos llega de las explosiones. Dicho de otro modo: en qué dirección se mueven las ondulaciones de esas ondas de luz. Teniendo en cuenta todo esto y nuestro conocimiento sobre el funcionamiento de la luz y de cómo la gravedad del agujero negro deforma el propio espacio-tiempo, los científicos han logrado recrear en detalle cómo se mueve el gas y las explosiones en torno a Sagitario A*.

Y, aunque todavía no sabemos si esta reconstrucción es tan exacta como nos gustaría, los investigadores se muestran optimistas. De hecho, señalan que este es solo el comienzo para esta emocionante tecnología. "Esta es una aplicación realmente interesante de cómo la IA y la física pueden unirse para revelar algo que de otra manera sería invisible", dice Levis. "Esperamos que los astrónomos puedan usarlo en otros datos ricos de series temporales para arrojar luz sobre dinámicas complejas de otros eventos similares y para sacar nuevas conclusiones".

QUE NO TE LA CUELEN:

• Los agujeros negros no siempre son el resultado del colapso de una estrella supermasiva. Precisamente, el origen de estos objetos es uno de los temas más interesantes del campo, desentrañando si existe tal cosa como los agujeros negros primordiales.

REFERENCIAS (MLA):

• “Orbital Polarimetric Tomography of a Flare Near the Sagittarius A* Supermassive Black Hole” Nature Astronomy 10.1038/s41550-024-02238-3