“A foto do buraco negro foi unha alegría enorme porque demostra que Einstein tiña razón”

Con 17 anos, Raquel Fraga-Encinas marchou estudar aos Estados Unidos. Abandonou o seu Ourense natal e nunca exerceu profesionalmente en Galicia. Estivo períodos curtos de tempo en Andalucía e Cantabria pero acabou marchando a Holanda. Reside alí dende 2013 e traballa na Universidade de Radboud, onde desenvolve o seu doutoramento en astrofísica. Fraga-Encinas está detrás dun dos fitos científicos máis emocionantes dos últimos anos: integrou o equipo capaz de sacar a primeira fotografía dun buraco negro en 2019. Agora, volve repetir a fazaña. Tamén forma parte das filas de científicos que conseguiron retratar Saxitario A*, o buraco negro situado no centro da nosa galaxia, a Vía Láctea. Isto marca un antes e un despois na historia da astrofísica ao conseguir corroborar as teorías de Einstein. O que tan só eran predicións convertéronse en realidade.

—Vostede traballa actualmente en Holanda. Como se vinculou ao proxecto EHTelescope, a través do que se conseguiu a imaxe de Saxitario A*?

Publicidade

—Eu traballo no equipo de Heino Falcke e Monika Mościbrodzka na Universidade de Radboud, en Holanda. Eles foron dúas das persoas que presentaron os resultados de M87* en Bruxelas. De feito, Falcke foi o que prediciu no ano 2000, a través duns cálculos téoricos recollidos nun artigo científico, que aspecto tería se puideramos facer unha foto ou sacar unha imaxe usando radiotelescopios. É dicir, hai 22 anos xa acuñaron o termo “sombra do buraco negro”.

Eu non seguín as rutas tradicionais para chegar a este grupo. De feito, estou rematando o doutoramento. Estudei no estranxeiro con bolsas da Xunta de Galicia, fixen fóra a carreira e o máster. Volvín unha temporada a España e estiven no Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en Granada, e despois no Instituto de Física de Cantabria (IFCA), traballando para unha misión espacial da Axencia Espacial Europea [ESA, polas súas siglas en inglés] que tamén estuda buracos negros e núcleos de galaxias activas. Iso sempre me interesara. Pero era unha época de vacas flacas en España e non había moito financiamento para facer a tese. Estaba contenta pero púxenme a buscar outros proxectos e vin este da “sombra do buraco negro”. No IFCA xa traballara con xente de Holanda, que non é un país que a xente asocie directamente coa investigación científica, como si ocorre con Reino Unido ou Alemaña.

“Pensei que non volveriamos sacar unha foto dun burato negro. Para un científico, é o cume da súa carreira”

Vin que en Holanda había proxectos moi interesantes e convocaron unha praza. Presenteime porque eu o que quería era buscar buracos negros. Cheguei a finais de 2013 pero todo isto de conseguir sacar unha foto non o vía moi claro. Pensa que estas ideas, a posibilidade de facer isto, remóntase a hai máis de 20 anos. Dende aquela fóronse desenvolvendo teorías, ferramentas e instrumentación para poder facer isto cos telescopios. O propio Event Horizon Telescope (EHT), por exemplo, formouse máis recentemente, entre os anos 2015-2016. Grazas a el podemos ter as fotografías dos buracos negros pero non é un telescopio ao uso, senón un telescopio virtual, con antenas en distintos lugares do mundo que nos permiten combinar sinais.

—O EHT xa fora a clave para conseguir a primeiro foto dun buraco negro, a do M87 en 2019.

—Si, eu xa participaba no EHT e foi alucinante. Pensei que non ía volver suceder. Para un científico é o cume, o pico da súa carreira. Pero agora fixémolo para Saxitario A* e é máis especial aínda porque a miña tese está relacionada con este buraco negro. Eu concéntrome nel e uso ferramentas, códigos, algoritmos e o procesamento das imaxes que utilizamos para crear o que ensinamos onte. De todos modos, as observacións que uso non son as da EHT, de 1.3 milímetros de rango de onda, senón que eu uso observacións cunha lonxitude de onda un pouco máis longa, de 7 milímetros e 3.5 milímetros. Facémolo así para recoller a máxima información posible sobre a fonte porque isto axúdanos a entender a física. É dicir, dentro da propia colaboración facemos moitos estudos que complemetan o que EHT está observando.

Polo tanto, eu fago mapas e obxectos, pero cunha lonxitude de onda un pouco máis longa. É dicir, as simulacións ou as observacións, as fotos que eu saco, non se verían exactamente como a que mostramos onte. A imaxe de Saxitario A* é a imaxe con máis alta resolución da historia da radioastronomía. A máis revisada e analizada. Hai xente que a compara coas imaxes de Hubble, que se ven moi nítidas, pero é preciso facerse unha idea da escala e das dimensións de Saxitario A*.

How would it look like flying through our Milky Way galaxy to #SgrABlackHole ? Here you go….👀@ehtelescope #ourblackhole
🎞️H.Falcke/A.Schut/R.Fraga/ FiksFilm/@Radboud_Uni pic.twitter.com/E05VSANe7d

— Raquel Fraga-Encinas (@fragaencinas) May 12, 2022

—De feito, na rolda de prensa de onte fixeron unha comparación moi ilustrativa. Dixeron que sacar unha foto de Saxitario A* é equivalente a ser capaces de ver unha rosquilla dende a Lúa. 

—Si, exacto. Fíxate… Todos eles, os que estaban no rolda de prensa, son realmente os meus compañeiros. Velos foi moi emocionante. Estamos todos esparexidos pero eu tiña que estar aquí en Holanda. E, sobre todo, que na rolda de prensa principal, en Alemaña, na que se presentaron os resultados, había dous españois. Isto é importante para que a xente vexa que, ás veces, tendemos a infravalorar o que hai en España. Pero aí hai xente moi, moi boa facendo un traballo moi importante. Deberiamos ser máis conscientes  porque este é un proxecto moi bonito no que podemos traballar con xente de sitios moi distintos. En total, somos unhas 300 persoas.

—Cal foi a súa contribución máis directa á imaxe de Saxitario A*?

—Eu fago observacións e simulacións. Reduzo datos, analizo e creo outras imaxes con outros telescopios que complementan o EHT. Tamén fago e interveño moito na colaboración. Incluso a xente que está no inicio das súas carreiras teñen moita responsabilidade. Iso non o atopara noutros proxectos. Xente moi nova con responsabilidades. Xa non só na calibración dos datos, tamén que nos dean postos para facer divulgación, do material que se prepara… Cousas moi variopintas. Con este traballo non só te dedicas á ciencia, á túa tese, tamén na organización de conferencias e outras facetas. Iso tamén o fai moi interesante.

—A través de todas esas observacións e simulacións, como conseguiron sacar a imaxe de Saxitario A*? Como foi o procedemento?

—A imaxe captouse a través dunha técnica denominada inferometría. É un proceso un pouco máis complexo, que vai máis alá de poñer o ollo detrás do telescopio, que é ao que realmente estamos acostumados. Polo tanto, para observar estas lonxitudes de onda, de 1.3 milímetros, necesitamos radiotelescopios. O mellor exemplo é o que temos en Pico Veleta, en Granada, e un dos que participou nestas observacións. Precisamos destes telescopios porque necesitamos moitísima resolución para poder captar algo que é tan pequeno e afastado. De feito, o que nos fai falla é un telescopio do tamaño da Terra.

O que facemos é usar a inferometría. Xa temos telescopios en montañas e sitios altos en diversas partes do mundo e hai unha rede creada con eles. As observacións para crear a imaxe de Saxitario A* fixéronse durante dúas semanas, aínda que os datos se recolleron en cinco días, a través de 8 observatorios. Agora en 2022 xa temos 11. O de Granada foi moi importante. Polo tanto, o que facemos dende alí é apuntar á fonte cuns reloxos atómicos que miden o tempo. Non hai nada máis exacto. Despois vaise gravando o sinal, o que vas observando. Grazas a eles sabes que un sinal chegou e en que momento.

Captada a primeira imaxe histórica do buraco negro do centro da galaxia

O que facemos é gravar toda a información en discos. E sabes cando chegou un sinal e en que momento os telescopios apuntaban a Saxitario A*. Despois envíanse eses datos a uns centros e combínanse. Como tes un reloxo tan exacto, podes combinar as deteccións que fixeches con distintas antenas. Por outro lado, non podemos ter un observatorio do tamaño da Terra nin enchela de antenas, aínda que iso fose o ideal. Se iso fose así, teriamos unha imaxe perfecta de Saxitario A*. Como iso non pode ser aproveitámonos da natureza; da vantaxe de que a Terra rota sobre si mesma. A posición das antenas segundo a Terra vai xirando, vai cambiando. Isto conseguímolo con só 8 elementos, sendo capaces de crear un observatorio virtual.

De todas formas, realizar estas observacións é complicado porque require de moitísima sincronización. Algúns chancean, comparándoas coas exploracións que se facían antes aos polos. Levar a cabo esta tarefa require dun despregamento tremendo. Por exemplo, temos que enviar un montón de xente aos distintos observatorios. É dicir, detrás de todo isto hai un procedemento moi complexo. Ademais, levou anos. En 2019 a xente pensaba que se ía mostrar Saxitario A* e realmente foi o buraco negro de M87. Por distintas razóns, sacar a imaxe e reducir os datos de Saxitario A* foi moitísimo máis difícil.

—Por que? Saxitario A* está máis preto de nós ca M87. De feito, está no centro da Vía Láctea. Non debería ser máis sinxelo?

—O primeiro que temos que recordar é que o tamaño aparente de M87 e Saxitario A* no ceo é aproximadamente o mesmo, aínda que o primeiro sexa moitísimo máis grande que o segundo. M87, por exemplo, está a 55 millóns de anos luz e Saxitario A* a 27.000. A día de hoxe, coa instrumentación que temos, son os dous buracos negros aos que realmente lle podemos sacar unha fotografía; e os dous teñen forma de donut. Calquera outro dos buracos supermasivos son demasiado pequenos para a resolución que temos. Por iso escollemos estas dúas fontes.

O problema máis grave que temos, a complexidade á que nos enfrontamos, é que Saxitario A* está no centro da galaxia e hai moitísimo material, como gas e plasma, que distorsiona o sinal que nos chega del. É como se estiveses a mirar a través dun cristal sucio. Nós estamos nun brazo da Vía Láctea, en espiral, e é un efecto que non tivemos con M87 e facilitou as nosas observacións.

Os dous buracos negros son moi distintos. Un é un monstro de billóns de masa e Saxitario A* é máis pequeno. Non obstante, o material (gas, po e outros elementos) que está orbitando arredor do buraco negro completa a órbita moi rápido, dado o seu tamaño inferior a M87. Entón, o disco de material que vemos arredor, esa parte brillante, ten unha variabilidade moi grande en Saxitario A*. En M87, pola contra, son días ou semanas e o que está pasando no disco evoluciona moi lentamente. Polo tanto, aínda que o material que está orbitando ese buraco negro se estea movendo á velocidade da luz, M87 é tan grande que os elementos da súa órbita tardan moitísimo máis que Saxitario A*, onde é todo rapidísimo.

Sacarlle unha foto a Saxitario A* é como se intentaramos fotografar, a través dun cristal embazado, a un cachorro que non para de moverse. Doutro lado, no salón, temos un San Bernardo de 13 anos que está botando a sesta no sofá. Ese sería M87. É obvio que a foto che vai saír moito mellor. Polo tanto, para sacar todos os datos para a foto de Saxitario A* precisamos moitísimo máis tempo. Non é fácil sacar algo que está no centro da Vía Láctea, con toda unha pantalla de material. E logo que é tan cambiante e ten tanta variabilidade que che impide sacar a imaxe ben. Para poder facer isto houbo que desenvolver moitas ferramentas teóricas; tivemos que crealas dende cero. O que estamos a ver é o traballo de moitísimas persoas.

—Polo que din os expertos, as fotos do buraco negro son moi importantes porque corroboran a Teoría da Relatividade de Einsten. 

—Cando vimos a primeira imaxe dun buraco negro, a de M87, podería ter sido unha foto estraña, pero non, era un donut. Un disco cunha parte central escura, como nas predicións. É dicir, o que a física e as ecuacións de Einstein dicían. Tempo despois obtivemos outra imaxe e o que realmente vemos é, de novo, un donut. Case o mesmo. Para nós foi unha alegría enorme porque demostra que Einstein tiña razón. Dá igual como de grande sexa o buraco negro, a apariencia que van ter os dous é a mesma. A única razón pola que ten esa apariencia é pola gravidade extrema que exerce ese buraco negro.

Se comparamos algo moi pequeno como unha formiga con algo moi grande como un elefente, a súa apariencia é moi distinta. Pola contra, estes buracos negros son moi distintos pero a apariencia que teñen é case a mesma. Aquí dá igual calquera outra lei da física porque o que domina é a gravidade. Todo isto vén da Teoría da Relatividade Xeral da Einstein. Para nós é moi emocionante. Estas predicións fixéronse hai máis de 100 anos e estámolas vendo agora por primeira vez.

Sacarlle unha foto a Saxitario A* é como se intentaramos fotografar, a través dun cristal embazado, a un cachorro que non para de moverse

—Isto dende o plano teórico. Cal pode ser a transcendencia na vida cotiá deste tipo de achados?

—Facer ciencia básica é fundamental. Se Einstein se dedicara a facer outras cousas no canto dunha física tan bonita, hoxe non teriamos GPS, nin teléfonos móbiles. Moita da tecnoloxía que usamos hoxe, que vemos como algo tan normal, non existiría sen todo ese traballo previo. Para nós como científicos, tanto astronómos como físicos, ten transcendencia. De momento non sabemos cal pode ser a importancia desta achado na vida cotiá. Pero moitos dos algoritmos ou das ferramentas que usamos agora lévanse a conferencias onde se estudan imaxes para resonancias magnéticas de, por exemplo, doentes con cancro. Aínda que traballamos en campos moi distintos, os métodos son moi parecidos. Incluso empregamos algoritmos semellantes á xente de bioloxía que estuda amebas e microbios. Todo está interrelacionado. Non só toda a instrumentación que estamos a desenvolver vai ter un impacto o día de mañá, senón todo o novo que podemos descubrir sobre a física en xeral e sobre os buracos negros en particular.

—Cales son os seguintes pasos a dar na colaboración EHT? Canto queda aínda por facer?

—Moitas cousas. Fotos con forma de donut como a M87 e de Saxitario A* non imos poder facer. Precisariamos de máis resolución e de poñer antenas no espazo. O resto de buracos negros teñen un tamaño aparente moi pequeno. Estamos estudando outros nos que non vas ver a sombra do buraco negro en si, pero pódeste achegar. Hai outras fontes que utilizamos, que usamos como calibradores, é dicir, que nos axudan a entender como funciona o telescopio. Eses datos que recolectamos para usar con Saxitario A* tamén os empregamos para facer a propia ciencia. Outras fontes que estudamos, como os núcleos de galaxias activos, vemos os seus chorros de material que envían ao espazo e que se moven a velocidades rapidísimas, próximas á velocidade da luz. Polo tanto, son uns efectos moi poderosos. Xa publicamos artigos pero non teñen tanta repercusión como a foto de Saxitario A*.

“Veremos en vivo e en directo como o buraco negro come o material que orbita”

Tamén en 2021 publicamos a imaxe en luz polarizada de M87. Hai dúas imaxes: a de 2019 e a de 2021. Dános información sobre os campos magnéticos. Iso tamén o estamos a estudar para Saxitario A*. Eses datos estanse procesando. E outra cousa moi importante e complexa é unha película. Unha foto é como un instantánea, pero nunha película poderías ver como vai cambiando ao longo do tempo, que vai sucedendo con ese material que está orbitando arredor de Saxitario A*, como evoluciona. Facer iso para os dous buracos negros. Iso si que é un proceso moi complexo pero xa se comezou a facer. Durará anos pero vai ser alucinante. Estarás vendo en vivo e en directo, aínda que farán falla moitísimas observacións para logo poder reducir os datos, como ese disco e ese material que está xirando e como o está comendo o buraco negro.

Hai moitas cousas por facer. De feito, xa se está pensando en estender a rede de radiotelescopios. Xa tiñamos en 2021, 11 observatorios. Hai plans para engadir outros existentes. Onde eu traballo hai un plan específico para poñer un observatorio en Namibia.  É un lugar estratéxico. Precisamente en África temos falta de información porque non temos unha antena. Esa antena podería enlazarse con Pico Veleta e coas de ALMA en Latinoamérica e axudarnos a mellorar ese telescopio virtual. Tamén hai plans da xente do IAA, aínda que isto é moi preliminar, está a traballar para ver se poderiamos poñer unha destas antenas nas illas Canarias. E isto abriría moitas portas para facer máis ciencia. Pero son proxectos que dependen moito do financiamento. A de Namibia parece que vai adiante.