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El agujero negro gigante de Shadow of Milky Way visto por primera vez

Los astrónomos publicaron hoy la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, o al menos una imagen de su sombra. Ocho radioobservatorios de todo el mundo y más de 300 científicos se unieron para obtener imágenes del objeto conocido como Sagittarius A* (Sgr A*), una hazaña que se creía imposible hasta hace unos pocos años. “Es un logro realmente impresionante”, dice Roger Blandford, experto en agujeros negros de la Universidad de Stanford, que no forma parte del equipo.

El equipo, conocido como Event Horizon Telescope (EHT), produjo en 2019 la primera imagen de un agujero negro en el centro de la cercana galaxia gigante M87. El agujero negro M87 es 1600 veces más masivo que Sgr A*. Sin embargo, la similitud de las dos imágenes (anillos brillantes de gas atrapados en espirales mortales alrededor de estos últimos sumideros) muestra cómo la teoría de la gravedad de Albert Einstein, la relatividad general, funciona de la misma manera en todas las escalas. Una vez que te acercas al agujero negro, «la gravedad se hace cargo», dijo Sara Issaoun, miembro del equipo EHT del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian (CfA), en una conferencia de prensa en Munich hoy. “Ahora sabemos que en ambos casos, lo que vemos es el corazón del agujero negro, el punto de no retorno”, dijo Feryal Özel, miembro del equipo de la Universidad de Arizona, en una conferencia de prensa paralela en Washington, DC.

En comparación con M87, que convierte el gas arremolinado en un poderoso chorro de miles de años luz de largo, Sgr A* es silencioso. “M87 fue emocionante porque fue extraordinario”, dice Michael Johnson de CfA. «Sgr A* es emocionante porque es común». El análisis inicial de la nueva imagen sugiere que es aún más silenciosa de lo que se pensaba: solo un hilo de gas llega al agujero negro, y solo una parte en 1000 se convierte en luz, dice Johnson. “El agujero negro es voraz pero ineficiente”. Cuando los investigadores compararon la imagen con su vasta biblioteca de simulaciones, tendieron a hacer coincidir los modelos con un agujero negro giratorio. «Es intrigante que podamos estar viendo los primeros indicios» de un agujero negro giratorio, dice Özel.

Aunque los agujeros negros en los centros de las galaxias tienen masas enormes, millones o miles de millones de veces la del Sol, su intensa gravedad significa que su borde exterior, el horizonte de eventos, es pequeño en términos galácticos. Sgr A*, que tiene una masa de 4 millones de soles, tiene un horizonte de eventos que es solo 15 veces el tamaño de la distancia entre la Tierra y la Luna. Obtener imágenes de algo tan pequeño a 27.000 años luz de distancia presenta un gran desafío para los astrónomos.

El primer desafío proviene de las nubes de polvo alrededor del centro galáctico, que imposibilitan las observaciones con telescopios ópticos. Los radiotelescopios pueden mirar a través de la oscuridad, pero sus largas longitudes de onda no ofrecen una resolución lo suficientemente nítida como para detectar un diminuto agujero negro. Pero las longitudes de onda de radio más cortas, de aproximadamente 1 milímetro, ofrecen una mejor resolución y aún pueden atravesar la penumbra. Los telescopios que observan en esas longitudes de onda son una raza relativamente nueva. A diferencia de los radiotelescopios normales, deben construirse en sitios de gran altitud para superar la mayor parte de la humedad en la atmósfera terrestre.

En astronomía, cuanto más grande es el telescopio, más nítida es la imagen. Los astrónomos calcularon hace décadas que se necesitaría un telescopio tan grande como la Tierra para ver a Sgr A*, incluso en ondas milimétricas. EHT hace lo siguiente mejor: observa el centro galáctico simultáneamente con platos de telescopio esparcidos por la cara de la Tierra. El equipo de EHT almacena los datos y luego los procesa con poderosas computadoras como si cada plato fuera un pequeño parche de un telescopio terrestre, una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga (VLBI). «Cada pareja [of telescopes] aporta un poco de información a toda la imagen”, dice Katie Bouman, miembro del equipo de EHT, del Instituto de Tecnología de California.

Para 2017, después de desarrollar técnicas para procesar los datos y reclutar radiotelescopios en todo el mundo, el equipo estaba listo para dispararle a Sgr A* y la galaxia gigante cercana M87.. Los datos provinieron de ocho observatorios, desde Hawái hasta España y desde Arizona hasta el Polo Sur. Una adición clave fue el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array en Chile, un grupo de 64 platos con el área de recolección combinada de un telescopio de 84 metros de ancho.

El resultado «fue la mejor imagen examinada jamás en radioastronomía», dice el miembro del equipo EHT Heino Falcke de la Universidad de Radboud. En abril de 2019, el equipo lanzó su ahora famosa imagen de M87, un resultado elegido como CienciaAvance del año 2019 de ‘s. Muestra la silueta del horizonte de sucesos, ampliada 2,5 veces por efectos gravitacionales. Parte de la luz en el anillo circundante en realidad se emitió detrás del agujero negro, su camino se desvió por la intensa gravedad para que pareciera provenir del borde.

Obtener una imagen para Sgr A* resultó ser mucho más difícil. Una de las razones fue que los telescopios lo estaban viendo a través del plano central lleno de gente de la Vía Láctea, donde los electrones de los gases ionizados dispersan las ondas de radio. Johnson lo describe como mirar a través de un «vidrio esmerilado». Otro desafío fue el movimiento. El gas se mueve lentamente alrededor del agujero negro gigante de M87 y tarda días en orbitar el horizonte de sucesos. Pero alrededor del Sgr A*, que es mucho más pequeño, una órbita tarda entre 4 minutos y 1 hora, lo que significa que es probable que una observación que dure varias horas se vea borrosa. “Si un objeto cambia de una manera loca, no puede visualizarlo con VLBI”, dice Falcke. El equipo tuvo que desarrollar nuevas técnicas para separar la borrosidad de los electrones interestelares y el movimiento rápido, y para enfatizar la parte constante de la señal. Falcke dice que después de 2 años analizando los resultados, el equipo confía en que el anillo de luz que rodea la sombra del agujero negro representa la realidad. “Además de la estructura caótica, tienes una estructura estable”, dice.

Los tres «nudos» visibles en la imagen podrían ser grupos de gas brillante en remolino, pero Özel dice que también podrían ser artefactos del proceso de observación. “No confiamos tanto en los nudos”, dice ella. “Tienden a alinearse con partes del [EHT] matriz donde tenemos la mayor cantidad de telescopios”.

A diferencia de M87, la masa de Sgr A* se conoce con mucha precisión a partir de estudios de órbitas estelares cercanas al agujero negro, por lo que los investigadores del EHT tenían una idea firme de qué tan grande debería ser el anillo. “Es una predicción muy estricta, sin margen de maniobra”, dice Falcke. El tamaño del anillo que encontraron fue «excelente», dice el miembro del equipo EHT Dom Pesce de CfA, lo que les dio más confianza en el resultado.

El equipo de EHT llevó a cabo más campañas de observación de M87 y Sgr A* en 2018, 2021 y 2022. “Todos los datos se encuentran en varias etapas de calibración y procesamiento”, dice Pesce. “Ahora que las herramientas están listas, esperamos que sea más rápido”, dice Özel. Otras observaciones podrían ayudar a los investigadores a comprender cómo se mueve la materia alrededor de un agujero negro y, a veces, se canaliza hacia chorros de energía. El equipo produjo una imagen de M87 en 2021 que muestra cómo se polarizó su luz, lo que sugiere los campos magnéticos que juegan un papel clave en la formación de chorros y la acumulación. La matriz EHT también se ha expandido desde 2017, agregando nuevos platos en Groenlandia, Francia y los Estados Unidos, con planes para otro en Namibia.

En el futuro, los investigadores planean observar a una longitud de onda más corta (0,86 milímetros, en comparación con los 1,3 milímetros utilizados hasta ahora), lo que les permitirá ver aún más cerca del horizonte de sucesos. Otro objetivo es hacer películas de lapso de tiempo del gas girando alrededor de los agujeros negros. Observar M87 cada 2 semanas es el primer objetivo. Más tarde, intentarán por Sgr A*-The Movie. “Todavía estamos en la infancia de este campo”, dice Pesce. “Los primeros pasos de bebé”.

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