Astrónomos han revelado la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Este resultado proporciona una evidencia contundente 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, esperada desde hace mucho tiempo, es del 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*), 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 es completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela 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 coincidía con las predicciones de la
Teoría de la relatividad general de Einstein”, dijo el científico del proyecto EHT Geoffrey Bower del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica, Taipei. “Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente 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 hoy 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, nos parece que tiene aproximadamente el mismo tamaño en el cielo que tendría una ‘donut’ puesta en la Luna. Para obtener la 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* durante varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.
En particular, dos observatorios localizados en Chile participaron en la formación de esta imagen de la sombra del agujero negro: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder Experimtent (APEX), ambos en el Llano de Chajnantor en la región de Antofagasta.
El avance sigue al lanzamiento de la colaboración EHT en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87*, en el centro de la galaxia Messier 87, una galaxia cercana aunque por supuesto más distante que el centro de la galaxia en que residimos.
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* [2]. “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 sorprendentemente similares”, dice Sera Markoff, copresidente del Consejo de Ciencias de EHT y profesora de astrofísica teórica en la Universidad de Amsterdam, Países Bajos. “Esto nos dice que la Relatividad General es la gobierna el entorno cercano de estos objetos, 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 las cercanías 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 agujero negro de M87*, en el caso de Sgr A* (que mucho más pequeño) completa una órbita en meros minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente a medida que la Colaboración EHT lo observaba, un poco como tratar de tomar una imagen clara de un cachorro persiguiéndose 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 por primera vez al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia.
El esfuerzo fue posible gracias al ingenio de más de 300 investigadores e investigadoras 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 librería sin precedentes de agujeros negros simulados para compararlos con los observados.
En Chile, el Núcleo Milenio TITANS que integra el Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso, el departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción, el Instituto de Astrofísica de la Universidad Católica de Chile y el Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile han liderado en la investigación de agujeros negros supermasivos trabajando coordinadamente a nivel mundial todos estos años con los otros centros del EHT.
El astrónomo Dr. Neil Nagar, director del Núcleo Milenio TITANS y académico de la UdeC, quien ha sido miembro fundador de EHT destaca : “En Astronomia UdeC estamos además jugando un papel principal, vía el Núcleo Milenio TITANs (www.titans.cl), en identificar y observar los mejores candidatos adicionales en los que el EHT puede obtener nuevas imágenes de agujeros negros (es decir, obtener las imágenes número3, 4, 5 y hasta 10) en los próximos años. Estamos jugando un fuerte rol en diseñar y permitir una “nueva generación EHT”. (ng-EHT; www.ngeht.org).
Por su parte, la astrónoma del IFA-UV y colaboradora del Núcleo TITANS Dra. Patricia Arévalo valora la posibilidad de los futuros resultados que podrán develar estos misteriosos agujeros negros supermasivos luego de la imagen presentada hoy y de las diferentes imagenes que se combinaron para crear esta imagen promedio.
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.
“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 del 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 en las pruebas de cómo se comporta la gravedad en estos entornos extremos como nunca antes”.
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 Experiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico U. Arizona (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 U. Arizona 12-meter Telescope en Kitt Peak.
[2] 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.
Título de la imagen principal
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 arregla 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
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Imperdible es la última charla titulada “Música clásica y ciencia: ¿Ayudará la mosca efímera a entender la evolución?” organizada por el Instituto de Física y Astronomía y que se presentará el próximo lunes 2 de diciembre de 2024 a las 18:00 horas en la sala Rubén Darío del Centro de Extensión de la Universidad de Valparaíso, ubicado en Errázuriz 1108.
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