Primera imagen (real) de un agujero negro

Gracias a un esfuerzo colaborativo de observatorios de todo el mundo, el proyecto Event Horizon Telescope (EHT) logró captar la imagen de un agujero negro de la galaxia M87. Este hito marca historia, ya que será recordado como la "primera fotografía" de un agujero negro.


  
Dr. Juan Carlos Beamin
Por Dr. Juan Carlos Beamin
Coordinador Científico

10 de abril 2019

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Imagen real del agujero negro central de la galaxia M87, ibservado por el event horizon telescope. Imagen: Colaboración Event Horizon Telescope

La imagen de un agujero negro ha cautivado la imaginación de entusiastas de la astronomía, divulgación, ciencia ficción y cineastas, quienes han interpretado de diversas formas su comportamiento y composición. La idea de una aspiradora colosal, de un literal "agujero" en el espacio, o viajar a través del tiempo han estado presentes en cada recreación. Pero... ¿Qué es realmente un agujero negro?

En resumidas palabras, un agujero negro es una concentración de una gran cantidad de masa en un espacio muy muy pequeño. Por ejemplo, si pudiéramos comprimir nuestro sol a tres kilómetros (similar tamaño de un cerro) se convertiría en un agujero negro.

En el centro de un agujero negro la materia ha colapsado a su más minima expresión, una región donde la materia alcanza una densidad "infinita". A este punto se le llama singularidad. A esta zona es imposible acceder mediante alguna técnica conocida (o pensada) en la actualidad. Y, de hecho, ninguna teoría física puede explicar qué sucede en ese lugar. Estos puntos son el límite de lo que podemos comprender al día de hoy.

Si nos alejamos de la singularidad, podemos alcanzar una distancia a la cual la gravedad del agujero negro sea tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar. A esto se conoce como el horizonte de eventos del agujero negro. Hasta aquí, absolutamente nada puede escapar, ni siquiera la luz.

 

"Un agujero negro es una concentración de una gran cantidad de masa en un espacio muy muy pequeño"

Una vez fuera del horizonte de eventos, existe la denominada "esfera de fotones" que es una zona donde las partículas de luz, que viajan a la velocidad de la luz, estan obligados a viajar en órbitas en torno al agujero negro. Estos fotones, en ausencia de una fuerza gravitatoria tan grande, viajarían en línea recta, pero la gran masa del agujero negro deforma el espacio-tiempo haciendo que la luz se quede orbitando, generando una especie de anillo con una sombra en el centro (el agujero negro).

Esto es lo que se esperaba observar con el Event Horizon Telescope (EHT) y el gran anuncio que este miércoles 10 de abril de 2019 se ha dado a conocer en una conferencia de prensa internacional.

Cuando algun material, como gas interestelar o una estrella, caen a un agujero negro, ese material es acelerado de forma muy violenta hacía el centro, alcanzando velocidades cercanas a la luz. Esto permite que luz salga en forma de poderosos jets de luz y materia, generando unas especies de "faros" extremadamente luminosos. Estos jets son tan poderosos que podemos verlos a distancias gigantescas, y pueden ser tan grandes como la galaxia completa que contiene al agujero negro.

 

M87

Galaxia M87, se puede ver como desde el centro de esta galaxia elíptica gigante, sale un chorro (jet) de material que proviene desde el agujero 
negro en el centro de esta galaxia. Credito: NASA

Un poco más afuera el materia, puede orbitar a un agujero negro de forma estable, tal como lo hace un planeta en torno al Sol, o la Luna en torno a la tierra. En el caso de un agujero negro, generalmente existe un disco de material gaseosos (o plasma) que gira en torno a este. Este material produce muy altas temperaturas y un gran brillo. La parte más cercana de este disco de acreción al agujero negro, que está oribando de manera estable se conoce como "última órbita estable". Y si alguna partícula cruza dicho umbral, inevitablemente estará atrapada en el agujero negro y caerá en su interior.

El logro del Event Horizon Telescope (EHT) fue reunir los más sofisticados radiotelescopios del mundo y hacerlos funcionar como un solo gran observatorio. Es decir, como si fuera un telescopio de miles de kilómetros.

Entre los telescopios utilizados se encuentras el interferómetro más poderoso del mundo, ALMA, y el radio telescopio APEX, ambos ubicados en Chile. El radio telescopio James Clerk Maxwell ubicado en Hawai, el Caltech Submillimiter Observatory en Arizona, COMBINED ARRAY FOR RESEARCH IN MILLIMETER-WAVE ASTRONOMY (CARMA) en California, los tres en Estados Unidos, el radio telescopio del polo sur (SPT) en Antártica, la antena de 30 metros del  Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) en Sierra Nevada, España y el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano en México.

Para lograrlo fue necesario esperar que las condiciones climáticas en todos los observatorios fueran óptimas, transportar los datos obtenidos en cada observatorio para procesarlos de forma conjunta. Esto implicó meses de espera para poder transportar la información recabada desde el radio telescopio ubicado en el polo sur (South pole telescope), ya que hubo que esperar que terminara el invierno para poder acceder y retirar los discos con información desde la antártica.

Una vez reunidos todos los datos, se tuvieron que  sincronizar las observaciones, lo cual solo fue posible gracias a precisos relojes atómicos. Finalmente, se utilizaron complejos algoritmos y supercomputadores para procesar toda la información (algo así como seis metros cúbicos de discos duros de información).

 

"El logro del Event Horizon Telescope (EHT) fue reunir los más sofisticados radiotelescopios del mundo y hacerlos funcionar como un solo gran observatorio. Es decir, como si fuera un telescopio de miles de kilómetros"


Gracias a esta imágen por ejemplo se puede descartar que en el centro de la galaxia M87 exista un agujero de gusanos o una estrella de bosones, entre otras peculiaridades físicas, y apuntan a que es efectivamente un agujero negro. Todo este esfuerzo, de cientos de científicos y miles de personas, millones invertidos en tecnología de punta, para obtener la primera imagen de un agujero negro. 

Gracias a estas observaciones se podrá comenzar una nueva era de investigación en torno a los agujeros negros, podremos poner a prueba teorías físicas como la relatividad general de Einstein y ver si sus predicciones eran correctas. Avanzar un paso más para coprender qué pasa cuando se concentran grandes cantidades de materia en espacios muy pequeños.

Observar un agujero negro en una galaxia ubicada a 52 millones de años luz, requería de que todo este esfuerzo. Solo el trabajo mancomunado de todos estos telescopios y supercomputadores, junto a miles de simulaciones computacionales permitieron visualizar este aguerjo negro. La resolución necesaria para poder ver esta imagen es tan grande como para distinguir en la luna dos pelotas en la luna, cada una del porte de una naranja, o buscando un ejemplo más "terrestre" como lograr ver dos semillas de mostaza ubicadas una en Estados Unidos y la otra en Europa.

 

"Solo el trabajo mancomunado de todos estos telescopios y supercomputadores, junto a miles de simulaciones computacionales, permitieron visualizar este aguerjo negro"

Ese ha sido el logro, observar pequeñas diferencias de brillo en un objeto muy grande pero que esta  a una distancia enorme.

Los detalles obtenidos en esta imagen nos hablan sobre la física, las leyes de la naturaleza y en los ambientes más extremos. La investigación científica, está entrando en un terreno inexplorado y es más que seguro que tendremos grandes revoluciones, como se puede comprender el universo desde las escalas más pequeñas como los átomos hasta los inmensamente masivos agujeros negros.

 

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Dr. Juan Carlos Beamin
Por Dr. Juan Carlos Beamin
Coordinador Científico

10 de abril 2019

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