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Cómo los astrónomos fotografían el agujero negro central de la Vía Láctea

El 12 de mayo de 2022 a las 13:07 UTC, el equipo del Event Horizon Telescope (EHT) reveló la primera imagen visible directa del agujero negro supermasivo más cercano. Fue un momento emocionante y profundo.

Aunque no es la primera imagen de un agujero negro presentada por la colaboración EHT (este premio pertenece a la imagen del agujero negro de M87 que se presentó por primera vez en abril de 2019), ha tenido demanda durante mucho tiempo.

Un misterio resuelto: un agujero negro supermasivo fue descubierto y fotografiado en la galaxia M87 por el Event Horizon Telescope y anunciado al mundo en abril de 2019. Crédito: Colaboración EHT

Dado que nada, ni siquiera la luz, puede escapar fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro, es imposible ver directamente.

En cambio, durante décadas, los astrónomos han tratado de rastrearlos buscando estrellas gigantes que orbiten un punto invisible en el espacio.

Ahora tenemos su imagen o, más precisamente, su silueta. Ahí está el «motor central» de nuestra galaxia.

Los astrónomos han capturado la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.  Crédito: Colaboración EHT

Los astrónomos han capturado la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Crédito: Colaboración EHT

En el transcurso de cinco noches en abril de 2017, los astrónomos observaron Sgr A* (pronunciado «Sadge-ay-star») en la constelación de Sagitario con ocho radiotelescopios, en seis ubicaciones desde Arizona hasta el Polo Sur y de España a Hawai.

Parte de la colaboración EHT, una red global de antenas de radio sincronizadas que produce un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una apertura planetaria, es el resultado de décadas de trabajo que involucra a más de 300 personas y 80 instituciones.

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Utilizando la tecnología de interferometría de núcleo ultralargo, el EHT entregó el poder de resolución más alto posible desde la superficie de la Tierra, recogiendo objetos tan pequeños como 20 microsegundos de arco en el cielo, el equivalente a espiar una rosquilla en la luna.

telescopio de horizonte de sucesos

EHT es una red planetaria de 11 radiotelescopios síncronos.

Mapa que muestra la ubicación de las diferentes ubicaciones del Event Horizon Telescope para la campaña de observación de 2017.

Mapa que muestra la ubicación de las diferentes ubicaciones del Event Horizon Telescope para la campaña de observación de 2017.

1- Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Chile

2. Experiencia Atacama Pathfinder (APEX), Chile

3. Telescopio IRAM 30m, Pico Villetta, Sierra Nevada, España

4. Telescopio James Clark Maxwell (JCMT), Hawái, EE. UU.

5. Conjunto milimétrico (SMA), Hawái, EE. UU.

6. Gran Telescopio Milimétrico (LMT), Alfonso Serrano, México

7. Telescopio del Polo Sur (SPT)

8. Telescopio Limelitro (SMT), Mount Graham, Arizona, EE. UU.

Telescopios adicionales desde 2017:

9. Telescopio IRAM NOEMA, Alpes franceses

10. Telescopio de Groenlandia (GLT)

11. Telescopio de 12 m de la Universidad de Arizona, Kit Peak, Arizona, EE. UU.

Sagitario A* vs. M87 الأسود Black Hole

M87 Escala del Sistema Solar de Agujero Negro

Para ilustrar la enorme diferencia de tamaño entre los agujeros negros fotografiados, M87* tiene un diámetro de unas 25 000 AU, mientras que Plutón orbita alrededor del Sol a una velocidad de 39 AU…

El Dr. Zeri Yonsei del University College London es el copresidente del Grupo de Trabajo de Física Fundamental de Next Generation EHT (ngEHT).

Afirmó que era «una tarea muy difícil en comparación con la obtención de imágenes de M87 * ubicado a 53 millones de años luz de distancia».

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Aunque Sgr A* está mucho más cerca que eso, es relativamente pequeño, con una masa de cuatro millones de soles en una región más pequeña que la órbita de Mercurio, 1500 veces más pequeña que M87*, un gigante que pesa 6500 millones de soles.

Para una comparación de tamaño, si M87* fuera del tamaño del estadio de Wembley, Sgr A* sería una hamburguesa en el puesto de comida.

Comparación del agujero negro m87 sgr a

…eso significa que empequeñece el agujero negro de nuestra galaxia, una pequeña especificación en comparación con 32,2 millones de millas de diámetro, o aproximadamente un tercio de la UA, y no muy lejos de la órbita de 29 millones de millas de Mercurio

El reto de intentar ‘ver’ un agujero negro

“El gas orbita Sgr A* y M87* a la misma velocidad, aproximadamente la velocidad de la luz, pero orbita Sgr A* en unos pocos minutos en comparación con M87 días*”, dice Yunus.

«El seguimiento del flujo de gas turbulento en Sgr A*, minuto a minuto, dio lugar a un ‘movimiento borroso’. Además, observábamos todo el plano galáctico lleno de estrellas, gas y polvo, que cambian rápidamente en diferentes períodos de tiempo. .»

«Esto creó una pantalla de ondas de radio dispersas. Tratar de ver a Sgr A* era como estar de pie en su jardín en medio de una tormenta mirando a través de la ventana de una cocina llena de vapor viendo a su cachorro febril, nuestro enorme agujero negro, deambular en círculos persiguiéndose la cola. .»

«En comparación, M87* es un cachorro durmiendo en un patio iluminado por el sol».

¿Cómo se capturó la imagen del agujero negro de la Vía Láctea?

La colaboración EHT creó una serie de imágenes potenciales de Sgr A* utilizando el trazado de rayos basado en la teoría de la relatividad general de Einstein.  Crédito: Colaboración EHT

La colaboración EHT creó una serie de imágenes potenciales de Sgr A* utilizando el trazado de rayos basado en la teoría de la relatividad general de Einstein. Crédito: Colaboración EHT

El equipo de EHT tardó cinco años en resolverlo todo. Fue una tarea abrumadora: los miembros de la colaboración se dividieron en varios equipos, cada uno de los cuales utilizó métodos independientes para reconstruir una imagen a partir de los datos.

El resultado fue incierto. Muchas de las fotos revelaron un episodio, pero no todas.

Para resolver este dilema, los científicos utilizaron algunos de los algoritmos informáticos más complejos jamás escritos para simular diferentes imágenes, y luego usaron estos algoritmos para probar los resultados que darían sus diferentes métodos de reconstrucción de las imágenes.

Al final estaban seguros de que habían descubierto un anillo, ¡y qué resultado tan asombroso y maravilloso!

La visión EHT, tres millones de veces más nítida que la del ojo humano, reveló que Sgr A* es sorprendentemente similar en su forma general a M87*.

Un anillo de luz brillante y nebuloso, una emisión de radio de electrones en el gas que oscila alrededor del agujero negro, rodea un centro oscuro.

Este núcleo oscuro es donde la luz, capturada por la gravedad masiva, atraviesa el horizonte de sucesos y nunca más se volverá a ver, pero deja una «sombra» de la presencia del agujero negro.

El apetito* de Sgr A* en comparación con el M87* es sorprendentemente lento; Efectivamente, se está muriendo de hambre, sobreviviendo con los susurros de gas de los vientos de las estrellas cercanas, en comparación con un ser humano que se traga un grano de arroz cada millón de años.

El gas que cae emite unos cientos de veces más energía que nuestro sol, por lo que en el acercamiento cósmico de 27.000 años luz de distancia, Sgr A* no puede considerarse brillante.

¿Qué podemos aprender de la imagen del agujero negro?

Los astrónomos han capturado la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.  Crédito: Colaboración EHT

Crédito: Colaboración EHT

La medición también permitió a los astrónomos medir el tamaño del horizonte de eventos Sgr A*, que según la teoría de la gravedad de Einstein debería estar directamente relacionado con su masa.

El EHT midió el horizonte de eventos Sgr A* que abarca alrededor de 51,8 microsegundos de arco, exactamente como lo predice la teoría.

Pero todavía hay muchos misterios que puede estar ocultando nuestro agujero negro.

Sgr A* está de lado, por lo que estamos mirando hacia abajo, hacia su cabeza, y está girando en sentido contrario a las agujas del reloj a una velocidad aún no determinada en la misma dirección que su gas en órbita.

Esta orientación puede enmascarar un plano relativo. ¿Y el nudo brillante que salpica el anillo?

Estas podrían ser áreas ricas en gas o artefactos del proceso de observación; aún llevará más trabajo determinar qué significan.

De hecho, la producción de imágenes es solo el comienzo. Las campañas de monitoreo posteriores produjeron datos que también requirieron análisis.

El concepto de este artista muestra un agujero negro con un disco de acreción que expulsa un chorro de gas caliente llamado plasma.  Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech

El concepto de este artista muestra un agujero negro con un disco de acreción que expulsa un chorro de gas caliente llamado plasma. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Se agregarán más platos al telescopio desde ahora hasta 2030 para crear ngEHT.

Esto ampliará la frecuencia de radio actual de 230 GHz a 345 GHz, mejorando la resolución de la imagen en un 50 %.

Las películas mostrarán cómo las siluetas de los agujeros negros cambian con el tiempo, y el «más lento» M87* ofrece una posible «primicia mundial».

¿A quién conoces? Dentro de una década, es posible que disfrutemos de los videos de Sgr A* en acción.

Como dijo el Dr. Yunus con tanta elocuencia: “Los agujeros negros juegan un papel esencial en el origen del universo, nuestra galaxia y todas las demás galaxias.

«Son la base, los anclajes gravitacionales que mantienen todo unido, por lo que es genial que podamos verlos ahora».

¡Realmente genial, y todavía hay mucha ciencia por venir!

¿Cómo funciona la interferometría?

El personal del Instituto Max Planck de Radioastronomía está evaluando los datos del EHT.  Crédito: MPIfR.

El personal del Instituto Max Planck de Radioastronomía está evaluando los datos del EHT. Crédito: MPIfR.

La tecnología básica de interferometría ultralarga combina datos de pares de telescopios EHT para revelar la estructura objetivo a pequeña y gran escala.

Las distancias variables entre los telescopios, conocidas como línea de base, significan que reciben la señal del agujero negro en momentos ligeramente diferentes, que se pueden medir con relojes muy precisos.

A medida que el planeta gira, la vista del centro galáctico de cada telescopio cambia, al igual que las aparentes separaciones de las placas vistas desde el agujero negro.

Dichos cambios ayudan a «poblar» la antena virtual. Para armar la imagen, se necesitan una variedad de fuentes básicas, los elementos más lúdicos.

El volumen masivo de datos sin procesar grabados (3,5 petabytes, el equivalente a 750 000 DVD) de cada sitio de EHT se almacena en discos duros llenos de helio de alto rendimiento y se transporta en aviones comerciales de carga a supercomputadoras altamente especializadas conocidas como procesadores en el Instituto de Tecnología Max Planck para Radioastronomía (MPIfRI) en Bonn, Alemania y el Observatorio Hay del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Massachusetts, EE. UU., donde se combinan y calibran en una trillonésima de segundo.

Este artículo apareció originalmente en la edición de julio de 2022 de Revista BBC Sky at Night.