Fotografiando un agujero negro en el centro de nuestra galaxia por primera vez

Los radioastrónomos han fotografiado el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. Es la segunda imagen directa de un agujero negro, después de que el mismo equipo revelara una imagen histórica de un agujero negro más lejano en 2019.

Los tan esperados resultados, presentados hoy por la colaboración Event Horizon Telescope (EHT), muestran una imagen que recuerda al resultado anterior, con un anillo de radiación que rodea un disco más oscuro del tamaño predicho por observaciones indirectas y por Albert Einstein. La teoría de la gravedad.

«Hoy, en este momento, tenemos evidencia directa de que este objeto es un agujero negro», dijo la astrofísica Sarah Eason del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian en una conferencia de prensa en Garching, Alemania.

Katie Bowman, investigadora de imágenes computacionales y ex miembro del equipo EHT, en una conferencia de prensa en Washington, DC. «Quiero decir, ¿qué es mejor que ver el agujero negro en el centro de la Vía Láctea?»

notas de agujeros negros

Durante cinco noches en abril de 2017, la colaboración EHT utilizó ocho observatorios diferentes en todo el mundo para recopilar datos tanto del agujero negro de la Vía Láctea, llamado Sagitario A* por la constelación en la que se encuentra, como del observatorio en el centro de galaxia M87 llamada M87*.

Los sitios de monitoreo iban desde España hasta la Antártida y desde Chile hasta Hawái, y agregaron casi cuatro petabytes (4.000 terabytes) de datos, que era demasiado para enviar por Internet y tenía que transportarse en avión en discos duros.

Los investigadores del EHT revelaron su imagen de M87* en 2019, mostrando la primera evidencia directa del horizonte de eventos, la superficie esférica que oscurece el interior de un agujero negro.

Pero los datos A* fueron más difíciles de analizar. Los dos agujeros negros tienen aproximadamente el mismo tamaño aparente en el cielo, porque M87* está a unas 2000 veces de distancia, pero también a unas 1600 veces más grande. Esto también significa que cualquier punto de materia que orbite alrededor de M87* cubre distancias mucho más grandes, más grandes que la órbita de Plutón alrededor del Sol, y la radiación que emite es esencialmente constante en escalas de tiempo cortas. Pero el arco A* puede cambiar rápidamente incluso durante las pocas horas que el EHT monitorea cada día. “En M87*, vimos muy poca diferencia en una semana”, dice Heino Falk, astrofísico de la Universidad de Radboud en Nijmegen, Países Bajos, y uno de los fundadores de la colaboración EHT. El tramo A* varía en escalas de tiempo de 5 a 15 minutos.

Debido a esta discrepancia, el equipo de EHT no creó una sola imagen de Sagitario A*, sino miles, y la imagen revelada hoy es el resultado de mucho procesamiento. «Al promediar juntos, podemos enfatizar las características comunes», dijo José Gómez, miembro del EHT del Instituto Andaluz de Astrofísica en Granada, España. El próximo objetivo del proyecto es hacer una película sobre un agujero negro para aprender más sobre sus propiedades físicas, dijo Ferial Ozil, astrofísico de la Universidad de Arizona en Tucson.

El equipo de EHT ejecutó simulaciones de supercomputadoras para comparar con sus datos y concluyó que el arco A* probablemente gira a lo largo de un eje que apunta aproximadamente a lo largo de la línea de visión hacia la Tierra. Gómez dijo que la dirección de esta rotación es en sentido antihorario.

“Lo que me asombra es que los vemos cara a cara”, dice Regina Caputo, astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, con el que trabaja Caputo, ha detectado previamente características brillantes gigantes por encima y por debajo del centro galáctico, que podrían haber sido producidas por Sagitario A* durante períodos de intensa actividad en el pasado. Pero estas características, conocidas como burbujas de Fermi, aparentemente requerirían que la materia orbite alrededor del borde del agujero negro visto desde la Tierra, en lugar de su cara.

cuerpo muy grande

Los primeros signos de la existencia de Sagitario A* se observaron en la década de 1970, cuando los radioastrónomos descubrieron una fuente de radio en forma de punto en la región central de la galaxia.

La fuente resultó ser inusualmente opaca, más oscura que una estrella promedio. Sin embargo, las observaciones de décadas de los movimientos de las estrellas cercanas revelaron que el objeto era extremadamente masivo. El más reciente lo midió en 4,15 millones de veces la masa del Sol, o 0,3%. Estos cálculos, realizados al rastrear cómo las estrellas orbitan alrededor de Sagitario A*, proporcionaron una fuerte evidencia de que la fuente de radio es tan masiva y densa que solo podría ser un agujero negro, y Andrea Geis y Reinhard Genzel recibieron una parte del Premio Nobel 2020. en física. (La imagen EHT muestra que el agujero negro pesa alrededor de 4 millones de masas solares, lo cual es consistente con esas estimaciones anteriores, aunque no exactas).

Sagitario A* es prácticamente invisible para los telescopios ópticos, debido al polvo y el gas en el disco galáctico. Pero a principios de la década de 1990, Falk y otros se dieron cuenta de que la sombra de un agujero negro podría ser lo suficientemente grande para generar imágenes de radio de onda corta, que podrían atravesar este velo. Pero para hacer esto, estiman los investigadores, se requerirá un telescopio del tamaño de la Tierra. Afortunadamente, una técnica llamada interferometría puede ayudar. Implica apuntar varios telescopios distantes al mismo objeto simultáneamente. Efectivamente, los telescopios actúan como si fueran fragmentos de un plato grande.

Los primeros intentos de observar el arco A* mediante interferometría utilizaron ondas de radio relativamente largas, de 7 mm, y observatorios a unos miles de kilómetros de distancia. Todos los astrónomos estaban viendo un punto discreto.

Luego, equipos de todo el mundo mejoraron sus tecnologías y modificaron algunos de los principales observatorios para poder agregarlos a la red. En particular, un grupo dirigido por Shep Doeleman de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, ha adaptado el Telescopio Antártico y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) de US$1.400 millones en Chile para hacer el trabajo. En 2008, el equipo de Doeleman también realizó las primeras observaciones en una longitud de onda técnicamente más desafiante de 1,3 mm.

Luego, en 2015, los grupos unieron fuerzas como una colaboración EHT. Su campaña de observación de 2017 fue la primera en abarcar distancias lo suficientemente largas como para resolver los detalles de un tamaño de arco A*.

planes futuros

EHT recopiló más datos en 2018, pero canceló las campañas de monitoreo planificadas en 2019 y 2020. Reanudó las operaciones de monitoreo en 2021 y 2022, con una red mejorada y herramientas más sofisticadas.

Remo Tilanus, miembro del EHT de la Universidad de Arizona en Tucson, dice que las últimas observaciones del equipo, en marzo, registraron señales al doble de velocidad que en 2017, lo que ayudó a aumentar la resolución de las imágenes resultantes.

Los investigadores también esperan descubrir si Sagitario A* tiene chorros. Muchos agujeros negros, incluido M87*, muestran dos haces de materia que viajan rápidamente en direcciones opuestas, probablemente como resultado del intenso calentamiento del gas que cae. Sagitario A* puede haber tenido grandes chorros en el pasado, como sugieren las nubes de materia caliente por encima y por debajo del centro galáctico. Sus aviones ahora serán mucho más débiles, pero su presencia aún puede revelar detalles importantes sobre la historia de nuestra galaxia.

«Estos chorros pueden prevenir o estimular la formación de estrellas, y pueden mover elementos químicos», dice Falk, y afectar la evolución de toda una galaxia. «Y ahora estamos viendo dónde está sucediendo eso».