Hemos visto un agujero negro escupir plasma a 13 veces la velocidad de la luz. No, no se ha roto la física

Corría el año 2019 cuando vivimos uno de los hitos más importantes de la astronomía reciente. Por primera vez, pudimos ver la imagen de un agujero negro. O, al menos, de su silueta. Un agujero negro, como su propio nombre nos hace intuir, no se puede fotografiar. Aquella imagen fue posible gracias al procesamiento de imágenes con un algoritmo de IA especializado en fotografías cósmicas, llamado CHIRP. Ahora, otro grupo de científicos ha usado un algoritmo similar llamado Kine para obtener otra imagen histórica: el vídeo con más resolución hasta la fecha de los jets o chorros de un agujero negro.

Dos agujeros negros bailando entre sí. El vídeo se ha llevado a cabo con imágenes de 3C 345 una galaxia extremadamente activa con un núcleo que libera un potente chorro de material, incluyendo gas y plasma, a casi la velocidad de la luz. Dicho chorro procede de un agujero negro supermasivo, posiblemente orbitado por otro, de manera que la influencia gravitacional de ambos da lugar a un chorro variable que ha llamado la atención de los científicos desde que se descubrió. 

Casi 30 años de fotografías. En realidad, el vídeo en cuestión es una reconstrucción realizada con 116 imágenes, tomadas entre 1995 y 2022. Son casi 30 años de fotografías, con las que, gracias al procesamiento de Kine, se ha obtenido el vídeo de este tipo con mayor resolución hasta la fecha. En concreto, se ha obtenido 4 veces más resolución y 140 veces más contraste que con los métodos estándar.

¿Más rápido que la velocidad de la luz? Esta reconstrucción permite algo que hasta ahora parecía imposible: medir la velocidad del chorro de gas y plasma emitido desde el agujero negro. Y aquí llega lo increíble: el resultado, medido desde la Tierra, es algo imposible, ya que se han obtenido cifras superiores a la velocidad de la luz. Nada puede superar dicha velocidad, por lo que está claro que es un efecto óptico. 

Cuando miramos a la bóveda celeste, la vemos en dos dimensiones. Sin embargo, esta tiene profundidad. Por eso, cuando se emite un chorro de luz hacia nosotros, desde la Tierra vemos como si todos los fotones estuviesen a la misma distancia. No percibimos que unos, los del punto de salida, están más lejos y otros más cerca. El resultado es que los detectores en la Tierra pueden captar que hay fotones que llegan hasta nosotros rapidísimo. Creemos que han recorrido mucho espacio en muy poco tiempo, pero en realidad puede que esos fotones sean de la parte del chorro que está más cerca de nosotros, de modo que, en realidad, no han recorrido tanto espacio. Ese es el efecto óptico al que se someten los detectores y telescopios aquí en la Tierra.

Foschi et al / Nature

Cifras sorprendentes. Teniendo en cuenta que no deja de ser un efecto óptico, las velocidades que se han medido para el chorro del agujero negro son de entre 9 y 13 veces la velocidad de la luz. Curiosamente, las zonas más brillantes del mismo no parecen moverse mucho más deprisa, pero lo hacen más o menos en el mismo orden de magnitud que el resto. Esto sorprende, porque tradicionalmente se pensaba que esos puntos más brillantes eran el resultado de frentes de choque. Es decir, un fenómeno que ocurre cuando el plasma que viaja más rápido choca con el que va más lento por delante. Este choque genera un efecto de compresión y calentamiento que libera una gran cantidad de energía. Se creía que el brillo era por eso. Pero claro, la velocidad de esas zonas más brillantes del chorro no parece asociarse con un fenómeno tan violento.

Más pruebas. Por otro lado, los choques en las capas de plasma pueden alterar mucho el campo magnético, dejando un rastro en forma de picos de polarización. Sin embargo, cuando se midió la polarización del chorro del agujero negro de 3C 345, no se detectó tal cosa. Parece que el brillo debe tener otro origen. Aún no sabemos cuál. Lo que está claro es que, si los métodos de medición y grabación de agujeros negros siguen evolucionando, poco a poco podremos responder todas esas preguntas que han sido un misterio durante décadas. 

Imagen|  X-ray: NASA/CXC/INAF-Brera/L. Ighina et al.; Illustration: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; Image Processing: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

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