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

12 Mayo, 2022 / Tiempo de lectura: 15 minutes

Artículo científico

En conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluido Santiago de Chile, un equipo internacional de astrónomas y astrónomos develó la primera imagen del agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Este resultado proporciona evidencias contundentes de que el objeto es de hecho un agujero negro y aporta valiosas pistas sobre el funcionamiento de estos gigantes, que se piensa residen en el centro de la mayoría de las galaxias. La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado “Colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos” (Event Horizon Telescope Collaboration, EHT), utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

La imagen ofrece finalmente el aspecto real del enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Las y los científicos ya habían estudiado estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea.  Estas órbitas permitían postular que este objeto, conocido como Sagitario A* o Sgr A*, es un agujero negro y la imagen publicada hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque es completamente oscuro, el gas resplandeciente que lo rodea tiene un indicador inequívoco: una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva imagen capta la luz curvada por la poderosa gravedad del agujero negro, cuya masa es cuatro millones de veces la de nuestro Sol.

"Lo sorprendente es lo bien que coincide el tamaño del anillo con las predicciones de la teoría de la Relatividad General de Einstein", declaró el científico del proyecto EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipei. "Estas observaciones sin precedentes representan un gran paso adelante en nuestro conocimiento de lo que sucede en el centro mismo de nuestra galaxia, y ofrecen nueva información sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno". Los resultados del equipo del EHT se publican hoy en un número especial de la revista The Astrophysical Journal Letters.

Como el agujero negro está a unos 27.000 años luz de la Tierra, nos parece que tiene el mismo tamaño en el cielo que tendría una dona o rosquilla en la Luna. Para obtener su imagen, el equipo del EHT creó una red de ocho radio observatorios, anteriormente construidos con otros fines, que fueron combinados para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra [1]. El EHT observó Sgr A* durante varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar a como una cámara fotográfica tradicional haría una imagen con un tiempo de exposición largo.

El Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) es el telescopio de ondas milimétricas más grande del mundo, por lo tanto, sus observaciones fueron críticas para la colaboración EHT. Su alta sensibilidad asegura una calibración de alta calidad para cada uno de todos los demás telescopios.

Este descubrimiento se logra después de que la colaboración EHT publicara en 2019 la primera imagen de un agujero negro, conocido como M87*, en el centro de la galaxia elíptica gigante Messier 87.

Los dos agujeros negros tienen un aspecto notablemente similar, a pesar de que el del centro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y ligero que M87* [2]. "Tenemos dos tipos de galaxias completamente diferentes y dos masas de agujeros negros muy distintas, pero cerca del borde de estos agujeros negros ambos son asombrosamente similares", dijo Sera Markoff, vicepresidenta del Consejo Científico del EHT y profesora de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). "Esto nos dice que la Relatividad General es la que domina estos objetos a pequeña escala, y cualquier diferencia que veamos a escalas mayores se debe a diferencias en el material que rodea a los agujeros negros".

Este logro fue considerablemente más difícil que el de M87*, a pesar de que Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico del EHT Chi-kwan ('CK') Chan, del Observatorio Steward y del Departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, explicó: "El gas en las proximidades de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad –casi tan rápido como la luz– alrededor de Sgr A* y M87*. Pero mientras que el gas tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87*, en Sgr A* completa una órbita en cuestión de minutos. El primero es mucho mayor que el segundo. Esto significa que el brillo y la configuración del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, algo así como tratar de obtener una foto nítida de un cachorro que da vueltas persiguiendo su cola.”

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas y sofisticadas herramientas que tuvieran en cuenta el movimiento del gas alrededor de Sgr A*. Mientras que M87* era un objetivo más fácil y estable, ya que casi todas las imágenes tenían el mismo aspecto, éste no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes obtenidas por el equipo, revelando por fin y por primera vez el gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia.

El esfuerzo ha sido posible gracias al talento y el esfuerzo de más de 300 investigadores e investigadoras de más de 80 instituciones de todo el mundo que juntos forman la Colaboración EHT. Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos planteados para obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años utilizando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, todo ello mientras se compilaba una biblioteca sin precedentes de simulaciones de agujeros negros para compararlas con las observaciones.

Los científicos están especialmente satisfechos de tener por fin imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de entender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre el comportamiento del gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende del todo, pero se cree que desempeña 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 y valiosas pistas sobre el funcionamiento de este importante proceso", afirma el científico del EHT Keiichi Asada, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipei. "Tenemos imágenes de dos agujeros negros, uno extremadamente grande y otro extremadamente pequeño entre los agujeros negros supermasivos del Universo, por lo que podemos ir mucho más lejos que nunca en la comprobación de cómo se comporta la gravedad en estos casos extremos".

Los avances en el EHT continúan: una gran campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La continua ampliación de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a las y los científicos obtener más y mejores imágenes, así como videos de agujeros negros en un futuro próximo.

“Estamos muy orgullosos de proporcionar datos esenciales para el proyecto Event Horizon Telescope”, dice el director de ALMA, Sean Dougherty. “Poder obtener una imagen del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, es un logro sobresaliente que es fundamental para una mejor comprensión de estos objetos intrigantes y sus interacciones con su entorno”.

Notas

[1] Los telescopios individuales que participaron en el EHT en abril de 2017, cuando se realizaron las observaciones, fueron: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), el Telescopio IRAM de 30 metros, el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT) de la Universidad de Arizona y el South Pole Telescope (SPT).  Desde entonces, el EHT ha añadido a su red el Telescopio de Groenlandia (GLT), el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) y el Telescopio de 12 metros de la Universidad de Arizona en Kitt Peak. 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI). La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

APEX es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), el Observatorio Espacial de Onsala (Suecia) y ESO, y es operado por ESO.

IRAM opera el Telescopio de 30 metros (las organizaciones asociadas al IRAM son MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)).

El Observatorio de Asia Oriental opera JCMT en nombre del Centro de Mega Ciencia Astronómica de la Academia China de Ciencias, NAOJ, ASIAA, KASI, el Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia y organizaciones del Reino Unido y Canadá.

El INAOE (México) y la UMass operan el GTM.  

El Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian y ASIAA operan el SMA. 

La Universidad de Arizona opera el SMT.  La Universidad de Chicago opera el SPT utilizando instrumentación especializada para el EHT proporcionada por la Universidad de Arizona. 

ASIAA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) operan el Telescopio de Groenlandia (GLT). El GLT es parte del proyecto ALMA-Taiwán, y está financiado parcialmente por la Academia Sinica (AS) y MOST. 

El IRAM opera NOEMA y la Universidad de Arizona opera el telescopio de 12 metros en Kitt Peak.

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

Información adicional

El consorcio EHT está formado por 13 institutos interesados; el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, la Universidad de Arizona, el Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimetral de Física Teórica y la Universidad de Radboud.

Imágenes

Esta es la primera imagen de Sagitario A* (Sgr A*), el objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia, y constituye la primera prueba visual directa de la presencia de un agujero negro. Fue captada por el Event Horizon Telescope (EHT), una red de ocho radio observatorios distribuidos por todo el planeta para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El telescopio toma su nombre del "horizonte de eventos", es decir, 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 resplandeciente que orbita alrededor del agujero negro tiene una clara signatura: una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva imagen capta la luz curvada por la poderosa gravedad del agujero negro, de cuatro millones de veces la masa de 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. Créditos: Colaboración EHT
Esta es la primera imagen de Sagitario A* (Sgr A*), el objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia, y constituye la primera prueba visual directa de la presencia de un agujero negro. Fue captada por el Event Horizon Telescope (EHT), una red de ocho radio observatorios distribuidos por todo el planeta para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El telescopio toma su nombre del "horizonte de eventos", es decir, 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 resplandeciente que orbita alrededor del agujero negro tiene una clara signatura: una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva imagen capta la luz curvada por la poderosa gravedad del agujero negro, de cuatro millones de veces la masa de 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. Créditos: Colaboración EHT
La Colaboración del Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT) ha creado una única imagen (parte superior) del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, llamado Sagitario A* (o Sgr A* para abreviar), combinando imágenes extraídas de las observaciones del EHT. La imagen principal se produjo promediando miles de imágenes creadas con diferentes métodos computacionales, todos los cuales se ajustan con precisión a los datos del EHT. Esta imagen promediada conserva las características más frecuentes en las distintas imágenes y suprime las que aparecen con menor frecuencia. Además, las imágenes pueden agruparse en cuatro grupos en función de las características en común. En la fila inferior se muestra una imagen promediada y representativa de cada uno de los cuatro grupos. Tres de los grupos muestran una estructura anular, pero con una distribución diferente del brillo alrededor del anillo. El cuarto grupo contiene imágenes que también se ajustan a los datos pero que no parecen anillos. Los diagramas de barras muestran el número relativo de imágenes que pertenecen a cada grupo. Miles de imágenes pertenecen a cada uno de los tres primeros grupos, mientras que el cuarto y más pequeño contiene sólo cientos de imágenes. Las alturas de las barras indican el "peso" relativo, o la contribución de cada grupo a la imagen promediada en la parte superior. Créditos: Colaboración EHT
La Colaboración del Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT) ha creado una única imagen (parte superior) del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, llamado Sagitario A* (o Sgr A* para abreviar), combinando imágenes extraídas de las observaciones del EHT. La imagen principal se produjo promediando miles de imágenes creadas con diferentes métodos computacionales, todos los cuales se ajustan con precisión a los datos del EHT. Esta imagen promediada conserva las características más frecuentes en las distintas imágenes y suprime las que aparecen con menor frecuencia. Además, las imágenes pueden agruparse en cuatro grupos en función de las características en común. En la fila inferior se muestra una imagen promediada y representativa de cada uno de los cuatro grupos. Tres de los grupos muestran una estructura anular, pero con una distribución diferente del brillo alrededor del anillo. El cuarto grupo contiene imágenes que también se ajustan a los datos pero que no parecen anillos. Los diagramas de barras muestran el número relativo de imágenes que pertenecen a cada grupo. Miles de imágenes pertenecen a cada uno de los tres primeros grupos, mientras que el cuarto y más pequeño contiene sólo cientos de imágenes. Las alturas de las barras indican el "peso" relativo, o la contribución de cada grupo a la imagen promediada en la parte superior. Créditos: Colaboración EHT

Videos

Mira en esta secuencia de vídeo cómo nos acercamos al agujero negro (Sgr A*) situado en el centro de nuestra galaxia. Comenzamos con una visión amplia de la Vía Láctea y luego nos sumergimos en las densas nubes de gas y polvo de nuestro centro galáctico. Estas estrellas se han observado con el Very Large Telescope de ESO y con el Interferómetro del Very Large Telescope de ESO durante décadas. La inmensa atracción gravitacional del agujero negro distorsiona las órbitas de las estrellas más cercanas a él. Finalmente, llegamos a Sgr A*, cuya primera imagen ha sido captada por la colaboración EHT. La presencia del agujero negro la revela una región central oscura llamada sombra, rodeada por un anillo de gas luminoso y polvo.
Las diversas observaciones utilizadas para esta imagen fueron obtenidas en diferentes momentos, por diferentes equipos y con diferentes instalaciones, y reunidas con el propósito de utilizar el efecto de zoom. Las imágenes van desde longitudes de onda visibles al principio del vídeo, hasta infrarrojas, con una imagen final obtenida en longitudes de onda de radio.

Crédito:ESO/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, VISTA, VVV Survey/D. Minniti DSS, Nogueras-Lara et al., Schoedel, NACO, GRAVITY Collaboration, EHT Collaboration (Music: Azul Cobalto)
Aunque parezcan similares, los dos agujeros negros observados por la Colaboración EHT (Event Horizon Telescope) son en realidad muy diferentes. Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro situado en el centro de la Vía Láctea, es más de mil veces más pequeño que el agujero negro del centro de la galaxia M87. La razón por la que parecen del mismo tamaño es debido a sus distancias relativas con respecto a la Tierra. Esta animación pone de manifiesto sus enormes diferencias de tamaño al mostrar cómo se vería el agujero negro M87 si estuviera más cerca de la Tierra. El fotograma final muestra los tamaños de los dos agujeros negros si ambos estuvieran a la misma distancia de la Tierra que Sgr A*.

Crédito: ESO/M. Kornmesser, EHT Collaboration
Crédito: H.Falcke, A.Schut, R.Fraga-Encinas/Radboud University/Fiks Films

Un paquete multimedia de prensa se encuentra disponible acá.

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