Astrónomos revelan la primera imagen del agujero negro en el corazón de nuestra galaxia         

 

Por Amy C. Oliver, Observatorio Nacional de Radioastronomía

12 de mayo de 2022.

Primera imagen del agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Esta es la primera imagen de Sagitario A* (o Sgr A* para abreviar), el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. Es la primera evidencia visual directa de la presencia de este agujero negro. Fue capturado por el Event Horizon Telescope (EHT), una matriz que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual "del tamaño de la Tierra". El telescopio lleva el nombre del "horizonte de eventos", el límite del agujero negro más allá del cual no puede escapar la luz. Aunque no podemos ver el horizonte de eventos en sí, porque no puede emitir luz, el gas brillante que orbita alrededor del agujero negro revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura similar a un anillo brillante. La nueva vista captura la luz desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que la Colaboración EHT ha extraído de sus observaciones de 2017. Crédito: Colaboración EHT.

 

En conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluida una conferencia de prensa patrocinada por la Fundación Nacional de  Ciencias en el Club Nacional de Prensa de EE. UU., los astrónomos revelaron la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Este resultado proporciona una evidencia abrumadora de que el objeto es de hecho un agujero negro y arroja pistas valiosas sobre el funcionamiento de tales gigantes, que se cree que residen en el centro de la mayoría de las galaxias. La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado Event Horizon Telescope Collaboration (EHT), utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

 

La imagen es una mirada esperada desde hace mucho tiempo al objeto masivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los  científicos habían visto previamente estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y masivo en el centro de la Vía Láctea. Esto sugiere fuertemente que este objeto, conocido como Sagittarius A* (Sgr A*), es un agujero negro, y la imagen de hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.

 

No podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, pero el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora:  una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura brillante similar a un anillo. La nueva vista captura la luz doblada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

 

"Nos sorprendió lo bien que el tamaño del anillo coincidía con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein", dijo Geoffrey  Bower, científico del proyecto EHT, del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica, Taipei. "Estas observaciones sin precedentes han mejorado en gran medida nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno". Los resultados del equipo EHT se publican en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

 

Debido a que el agujero negro está a unos 27.000 años luz de la Tierra, parece tener aproximadamente el mismo tamaño en el cielo que  una rosquilla en la Luna. Para obtener una imagen, el equipo creó el poderoso EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual "del tamaño de la Tierra". El EHT observó a Sgr A* en varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

 

Y al igual que una cámara de alta potencia, la obtención de imágenes de Sgr A* requería el apoyo de los instrumentos más sensibles de la radioastronomía. Esa sensibilidad proviene de los receptores de banda 6 de 1,3 mm del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), diseñado por el Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

 

"Estamos muy orgullosos en CDL de haber proporcionado una tecnología crítica para respaldar este sorprendente descubrimiento de la colaboración EHT", dijo Bert Hawkins, director de CDL, quien explicó el papel de Band 6 y CDL para hacer posible la investigación y los resultados. "Nuestro equipo contribuyó instalando un reloj atómico personalizado en ALMA y reprogramando el correlador de ALMA para convertir el telescopio en una matriz en fase. Esto convirtió efectivamente al telescopio en un solo plato con un diámetro efectivo de 85 metros, el componente más grande del EHT. Además, los mezcladores en el corazón de los receptores de ALMA, el Telescopio Submilimétrico (SMT) en Arizona, el Gran Telescopio Milimétrico (LMT) en México y el Telescopio del Polo Sur (SPT) en la Antártida fueron desarrollados en CDL junto con nuestros socios en la Universidad de Virginia".

 

El avance sigue al lanzamiento de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87 *, en el centro de la galaxia Messier 87 más distante de la colaboración EHT en 2019.

 

Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de 1.000 veces más pequeño y menos masivo que M87*. "Tenemos dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros, se ven increíblemente similares", dice Sera Markoff, copresidenta del Consejo de Ciencias de EHT y profesora de astrofísica en la Universidad de Amsterdam. "Esto nos dice que la relatividad general gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea los agujeros negros".

 

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico de EHT Chi- kwan Chan, del Observatorio Steward y el Departamento de Astronomía y el Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, explica: "El gas en la vecindad de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad: casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*. Pero donde el gas tarda días o semanas en orbitar el M87* más grande, en Sgr A*, que es mucho más pequeño, completa una órbita en solo minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente a medida que lo observábamos, un poco como tratar de tomar una imagen clara de un cachorro persiguiendo rápidamente su cola".

 

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si  bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las imágenes extraídas por el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

 

El esfuerzo fue posible gracias al ingenio de más de 300 investigadores de 80 institutos de todo el mundo que juntos conforman la  Colaboración EHT. Además de desarrollar herramientas complejas para superar los desafíos de obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, usando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, mientras compilaba una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para compararlos con las observaciones.

 

"Este trabajo demuestra claramente la importancia crítica del uso de frecuencias de radio, milimétricas y submilimétricas para comprender  los entornos más extremos del Universo", dijo Tony Remijan, director del Centro de Ciencias ALMA de América del Norte (NAASC) en NRAO. "Usar estos rangos de frecuencia es la única forma de descubrir el entorno único que rodea al agujero negro que está completamente oscurecido en otras frecuencias. La adición de ALMA también fue fundamental para las observaciones, ya que proporcionó la sensibilidad necesaria para hacer esta observación sin ambigüedades. Combinando todo los datos de instalaciones de todo el mundo, con ALMA como ancla para todas estas instalaciones, brindaron la sensibilidad y resolución necesarias para hacer este tipo de descubrimientos, y esto es solo el comienzo.

 

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende completamente, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

 

"Ahora, podemos estudiar las diferencias entre estos dos agujeros negros supermasivos para obtener nuevas pistas valiosas sobre cómo funciona este importante proceso", dijo el científico de EHT Keiichi Asada del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, Taipei. "Tenemos imágenes de dos agujeros negros, uno en el extremo grande y otro en el extremo pequeño de los agujeros negros supermasivos en el Universo, por lo que podemos ir mucho más lejos que nunca para probar cómo se comporta la gravedad en estos entornos extremos".

 

El progreso en el EHT continúa: una importante campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La expansión  en curso de la red EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a los científicos compartir imágenes y películas de agujeros negros aún más impresionantes en un futuro próximo.

 

En 2021, la NSF y la Junta de ALMA aprobaron una actualización multimillonaria para los receptores de Banda 6 del Observatorio a través del  Programa de Desarrollo de ALMA de América del Norte. La actualización aumentará la cantidad y la calidad de la ciencia medida en longitudes de onda entre 1,4 mm y 1,1 mm, lo que proporcionará proyectos de investigación como los de EHT con mejor sensibilidad que nunca y, en última instancia, resultados científicos más precisos y eficientes. Además, Next Generation Very Large Array (ngVLA) de NRAO recibió un apoyo positivo de la encuesta decadal Astro2020. Actualmente, en la etapa inicial de planificación y desarrollo, el ngVLA logrará objetivos de alta prioridad en astronomía y astrofísica y está programado para convertirse en la mejor máquina de caza de agujeros negros.

 

"Estos nuevos resultados de EHT son emocionantes porque nos muestran lo lejos que ha llegado la astronomía y también porque confirman que todavía hay mucho por ahí que no hemos visto y aún no hemos podido observar y estudiar" dijo el Dr. Tony Beasley, Director de NRAO. "Las antenas y la instrumentación que diseñamos y desarrollamos en NRAO están haciendo posible este progreso, y esperamos continuar liderando los avances en radioastronomía que descubrirán agujeros negros y otros fenómenos que acechan en los rincones de la galaxia y el Universo".

 

Fuente:

https://phys.org/news/2022-05-astronomers-reveal-image-black-hole.html