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

Hoy, en conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluso en la sede del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Alemania, los astrónomos revelaron la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia 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 (EHT) Collaboration, 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 muy masivo en el centro de la Vía Láctea. Esto sugiere fuertemente que este objeto, conocido como Sagittarius A* (Sgr A*, pronunciado "sadge-ay-star"), es un agujero negro, y la imagen de hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea 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.

"Nos sorprendió lo bien que el tamaño del anillo concordaba 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 enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el mismo 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 hoy en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

Debido a que el agujero negro está a unos 27 000 años luz de distancia de la Tierra, nos parece que tiene 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" [1]. El EHT observó a Sgr A* en varias noches en 2017, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

Además de otras instalaciones, la red EHT de radioobservatorios incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) en el desierto de Atacama en Chile, de propiedad compartida y cooperado por ESO en nombre de sus estados miembros en Europa. Europa también contribuye a las observaciones de EHT con otros observatorios de radio: el telescopio IRAM de 30 metros en España y, desde 2018, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia, así como una supercomputadora para combinar datos de EHT alojados por Max Planck. Instituto de Radioastronomía de Alemania. Además, Europa contribuyó con fondos al proyecto del consorcio EHT a través de subvenciones del Consejo Europeo de Investigación y de la Sociedad Max Planck en Alemania.

“Es muy emocionante para ESO haber jugado un papel tan importante en desentrañar los misterios de los agujeros negros, y de Sgr A* en particular, durante tantos años”, comentó el Director General de ESO, Xavier Barcons. “ESO no solo contribuyó a las observaciones del EHT a través de las instalaciones de ALMA y APEX, sino que también permitió, con sus otros observatorios en Chile, algunas de las observaciones previas de avance del centro galáctico”. [2]

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

Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87* [3]. "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, copresidente del Consejo de Ciencias de EHT y profesor de astrofísica teórica. en la Universidad de Amsterdam, Países Bajos. "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 ('CK') Chan, del Observatorio Steward y el Departamento de Astronomía y el Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, EE. UU., 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 de días a semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en meros minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaban cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de un cachorro persiguiéndose rápidamente la 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 diferentes imágenes que extrajo 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.

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 por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

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 diferentes imágenes que extrajo 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.

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 por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

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.

notas

[1] Los telescopios individuales involucrados en el EHT en abril de 2017, cuando se realizaron las observaciones, fueron: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXPperiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico UArizona (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT). Desde entonces, el EHT ha agregado a su red el Greenland Telescope (GLT), el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) y el UArizona 12-meter Telescope en Kitt Peak.

ALMA es una asociación del Observatorio Europeo Austral (ESO; Europa, en representación de sus estados miembros), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón, junto con el Consejo Nacional de Investigación (Canadá ), el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST; Taiwán), el Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sínica (ASIAA; Taiwán) y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI; República de Corea), en cooperación con la República de Chile. El Observatorio Conjunto ALMA es operado por ESO, Associated Universities, Inc./Observatorio Nacional de Radioastronomía (AUI/NRAO) y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). APEX, una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), el Observatorio Espacial de Onsala (Suecia) y ESO, es operado por ESO. El telescopio de 30 metros es operado por IRAM (las organizaciones asociadas de IRAM son MPG [Alemania], CNRS [Francia] e IGN [España]). El JCMT es operado por el Observatorio de Asia Oriental en nombre del Observatorio Astronómico Nacional de Japón; ASIAA; KASI; el Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia; el Centro de Megaciencia Astronómica y organizaciones en el Reino Unido y Canadá. El LMT es operado por INAOE y UMass, el SMA es operado por el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y ASIAA y UArizona SMT son operados por la Universidad de Arizona. El SPT es operado por la Universidad de Chicago con instrumentación EHT especializada provista por la Universidad de Arizona.

El Telescopio de Groenlandia (GLT) es operado por ASIAA y el Observatorio Astrofísico Smithsonian (SAO). El GLT es parte del proyecto ALMA-Taiwán y cuenta con el apoyo parcial de la Academia Sinica (AS) y MOST. NOEMA es operado por IRAM y el telescopio de 12 metros de UArizona en Kitt Peak es operado por la Universidad de Arizona.

[2] Una investigación previa realizada en Sgr A* proporcionó una base sólida para la interpretación de esta nueva imagen. Los astrónomos conocen la fuente de radio densa y brillante en el centro de la Vía Láctea en la dirección de la constelación de Sagitario desde la década de 1970. Al medir las órbitas de varias estrellas muy cercanas a nuestro centro galáctico durante un período de 30 años, los equipos dirigidos por Reinhard Genzel (Director del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Garching cerca de Munich, Alemania) y Andrea M. Ghez (Profesor en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Los Ángeles, EE. UU.) pudieron concluir que la explicación más probable para un objeto de esta masa y densidad es un agujero negro supermasivo. Las instalaciones de ESO (incluidos el Very Large Telescope y el Very Large Telescope Interferometer) y el Observatorio Keck se utilizaron para llevar a cabo esta investigación, que compartió el Premio Nobel de Física 2020.

[3] Los agujeros negros son los únicos objetos que conocemos donde la masa aumenta con el tamaño. Un agujero negro mil veces más pequeño que otro también es mil veces menos masivo.