Los agujeros negros pueden alimentarse de una estrella cercana y crear vastos discos de acumulación de gas y polvo.  El efecto de la fuerte gravedad del agujero negro y el propio campo magnético del material puede provocar que el sistema en su conjunto emita niveles de radiación que cambian rápidamente. Esta radiación es la que ha sido detectada en el visible por el instrumento HiPERCAM del Gran Telescopio Canarias (GTC) y en rayos X por el observatorio NICER de la NASA a bordo de la Estación Espacial Internacional.

Diez mil años luz de distancia

El sistema de agujero negro estudiado se llama MAXI J1820+070 y fue descubierto por primera vez a principios de 2018. Está a sólo diez mil años luz de distancia, en nuestra propia galaxia. Tiene una masa equivalente a siete soles, pero comprimida en una región del espacio más pequeña que la ciudad de Londres. Investigar estos sistemas suele ser muy difícil ya que son demasiado pequeños y muy débiles para ser vistos. Sin embargo, los instrumentos HiPERCAM y NICER permiten a los investigadores crear películas, a más de trescientos fotogramas por segundo, de la luz cambiante del sistema, capturando fulguraciones violentas de luz visible y de rayos X simultáneamente.

Para la película que acaba de presentarse se utilizaron datos reales, pero se redujo a una décima parte de la velocidad real para permitir que las fulguraciones más rápidas fueran detectadas por el ojo humano, ya que algunas de ellas duran tan solo unos pocos milisegundos y el material alrededor del agujero negro es tan brillante que eclipsa a la estrella que está consumiendo. Los investigadores  comprobaron cómo los destellos más rápidos en luz visible surgen una fracción de segundo después de los rayos X, algo que ya se había visto en dos sistemas que contienen agujeros negros, pero nunca con un nivel de detalle como ahora.

Según John Paice, estudiante de posgrado de la Universidad de Southampton y autor principal del estudio, «el hecho de que ahora lo hayamos visto en tres sistemas, refuerza la idea de que se trata de una característica común de estos agujeros negros en crecimiento. Si es cierto, puede que nos esté diciendo algo fundamental sobre cómo funcionan los flujos de materia alrededor de estos enigmáticos objetos cósmicos».

«Datos increíbles»

Comprender la física y la naturaleza de estos flujos de materia alrededor de los agujeros negros es un tema candente de investigación astrofísica. Tariq Shahbaz, investigador del IAC que ha participado en el estudio, considera que «los datos obtenidos con HiPERCAM son increíbles ya que las observaciones sugieren que podríamos estar viendo signos de estratificación dentro de las regiones cercanas a la base del jet».

Por su parte, Romano Corradi, director del GTC, destaca cómo la nueva instrumentación está ayudando a una mejor compresión de estos fenómenos: «Estos resultados son un claro ejemplo de cómo la combinación de la gran área colectora del GTC y las capacidades únicas del instrumento HiPERCAM de poder obtener imágenes a gran velocidad y en varios colores simultáneamente, están abriendo nuevas áreas de estudio de los fenómenos en rápida evolución en el Universo».

La investigación ha contado con el apoyo financiero del Science and Technology Facilities Council (Reino Unido), la Universidad de Southampton, la UK-India Education and Research Initiative Thematic Partnerships, la Comisión de Becas Universitarias (India), el Programme National Hautes Energies (Francia), la Agence Nationale de la Recherche (Francia), el Ministerio de Economía y Empresa (España), la Academia de Finlandia y el Consejo Europeo de Investigación.

Los resultados del estudio se han publicado en la prestigiosa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Hasta la fecha, ha realizado más de catorce mil horas de observación y ha producido datos científicos que han permitido la publicación de cerca de 450 artículos en revistas de primer nivel. Hoy en día, explica Romano Corradi, director del Grantecan, «es una máquina muy eficiente de producir datos científicos, comparable con los otros grandes telescopios de Hawái o Chile. Su eficiencia, acoplada con la gran apertura del telescopio, su sofisticada instrumentación y la posibilidad de ajustar las observaciones según las condiciones meteorológicas y prioridad científica, permite maximizar la cantidad, pero también la calidad de los datos científicos obtenidos».

Promovido por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), con la participación de otras instituciones de México (Universidad Autónoma de México y el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica) y de los Estados Unidos (Universidad de Florida), fue la empresa pública Grantecan, S.A., fundada en 1994, la que llevó a cabo su diseño, construcción y montaje. Actualmente, esta entidad es la encargada de la operación del telescopio, con un equipo de cerca de setenta personas trabajando a tiempo completo para que el telescopio esté operativo las 24 horas del día, los 365 días del año.

La propuesta de construir un gran telescopio de más de ocho metros de diámetro surge a finales de la década de los años ochenta con el objetivo de dotar a la comunidad astronómica española de una infraestructura muy competitiva y estimular la industria del País hacia una tecnología avanzada. Según explica Francisco Sánchez, director fundador del IAC, «tres eran nuestras razones para querer un telescopio de esta nueva clase: si el Roque de los Muchachos no tenía un gran telescopio de última tecnología, dejaría de estar entre los primeros observatorios del Mundo y perdería su poder atractor para los telescopios del futuro; también, era importante dotar a la pujante astrofísica española con un telescopio competitivo propio y, además,  su construcción sería palanca para el desarrollo de instrumentación científica avanzada, con lo que ello suponía para el impulso de tecnología innovadora en España».

«Nadie creía que de verdad fuésemos capaces de construir en España un instrumento así»

Para muchos, su construcción era una hazaña científica-técnica imposible, ya que España nunca había liderado un proyecto de tal envergadura. «Lo primero de todo fue ver que seríamos capaces de hacerlo y creérnoslo», señala Sánchez. La falta de confianza también supuso un obstáculo para encontrar financiación. «Para conseguir los fondos necesarios a tan gigantesca empresa, necesitábamos convencer a nuestros políticos, a los de Canarias y a los de Madrid, cosa que estuvo llena de dificultades. Nadie creía que de verdad fuésemos capaces de construir en España un instrumento así», recuerda el director fundador del IAC.

Sin embargo, la competitividad del proyecto y su potencial económico acabaron facilitando los apoyos necesarios. Pedro Álvarez, exdirector del Grantecan, destaca la contribución de Fernando Aldana, director de la Oficina para la Ciencia y la Tecnología (OCYT), dependiente de Presidencia de Gobierno central en el año 1998: «Convencido de la capacidad de GTC como un elemento movilizador de desarrollo tecnológico industrial, el profesor Aldana fue quien dio el impulso final al proyecto aprobando la financiación para su ejecución».

Con un presupuesto muy ajustado, la Administración del Estado y la Comunidad Autónoma Canarias financiaron el 90 % de su coste, en una proporción de 70/30, con una aportación importante de los Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER).  El 10 % restante lo asumió, a partes iguales, Estados Unidos y México que, a cambio, obtienen cada uno el 5 % del tiempo de observación.

Los trabajos de construcción del telescopio en el Observatorio del Roque de los Muchachos comenzaron en el año 2000. Más de mil personas y un centenar de empresas (más de un 70 %, españolas), intervinieron en su realización, incluida una presencia importante de empresas y centros canarios. «Pudo haber sido mayor esa participación si no hubiese sido por la vacilación y falta de apoyo desde el Gobierno central para actividades de preparación tecnológica en esas fases tempranas del proyecto», explica Álvarez.

Finalmente, el telescopio vio su primera luz en julio de 2007, aunque no comenzó su uso científico hasta marzo de 2009. Su inauguración oficial estuvo presidido por los reyes de España, Juan Carlos I y Sofía, y contó con la presencia de importantes autoridades políticas y de representantes de las instituciones involucradas en su construcción.

Ciencia de frontera

En sus primeros diez años de observación, el GTC ha permitido observar el Cosmos como nunca antes se había hecho. Prácticamente no hay ningún tipo de objeto astronómico que el GTC no explore con sus observaciones: planetas extrasolares, estrellas evolucionadas, agujeros negros, estrellas primitivas, campos magnéticos en el centro galáctico, galaxias débiles, materia oscura, lentes gravitacionales y eventos explosivos muy energéticos, entre otros.

Para Rafael Rebolo, director del IAC, «los resultados científicos alcanzados con el Grantecan son excepcionales, no sólo por el volumen de datos obtenidos y de artículos científicos publicados, sino también por su calidad e impacto».Así, destaca que «un buen ejemplo de ello fue la detección de la galaxia UG00180, ubicada a una distancia de 500 millones de años luz, cuyas imágenes son las más profundas de una galaxia jamás tomadas desde la Tierra».

Algunos de los hitos científicos alcanzados con el Grantecan en estos diez años se han recopilado en una edición especial divulgativa que acaba de publicarse. De hecho, la divulgación y la comunicación de los descubrimientos científicos y los avances tecnológicos con la sociedad son parte de su misión. Comunicados de prensa, charlas, talleres, conferencias, exposiciones, etc., son algunas de las acciones que el Telescopio desarrolla desde sus comienzos. También facilita y promueve las visitas guiadas en su interior: en 2019, se espera que más de diez mil personas visiten el GTC. Además, ejerce un gran esfuerzo en el programa educativo.

Futuro prometedor

En 2022, está previsto que se complete el presente plan de instrumentación del Grantecan con siete instrumentos científicos más. También se ha abierto una convocatoria para la próxima generación de instrumentos que garantizarán su competitividad científica durante los próximos años, teniendo en cuenta que el Grantecan seguirá siendo el mayor telescopio óptico-infrarrojo en funcionamiento hasta aproximadamente 2027, cuando empiece a operar la nueva generación de telescopios extremadamente grandes.

Junto con los instrumentos, otro paso importante será la instalación de un sistema de óptica adaptativa que compensará las turbulencias atmosféricas en el campo de visión y que está previsto que funcione en el infrarrojo cercano.

Según informa el IAC, «el sistema R Aquarii, que recibe este nombre por su ubicación aparente en la constelación de Acuario, es un claro ejemplo de los efectos que producen las interacciones gravitatorias entre las estrellas».

La autora principal del artículo y estudiante de doctorado en el Observatorio de Tartu (Estonia), Tiina Liimets, explica que “mientras que la nebulosa se expande de manera regular, el jet (chorro de salida de material) muestra un comportamiento extremadamente complejo”. Además, afirma David Jones, investigador del IAC y otro de los autores del trabajo, “parecen moverse en direcciones aparentemente aleatorias, fundiéndose y separándose, apareciendo y desapareciendo de la vista”.

Según Romano Corradi, director del Gran Telescopio Canarias, coautor de la publicación y promotor del proyecto desde hace 25 años, “esto indica que, en las escalas observadas, existen otros factores externos que determinan la evolución y curvatura aparente del jet, como pueden ser los cambios en la iluminación de las estrellas centrales”.