Astrónomos revelan primera imagen del agujero negro en el corazón de nuestra galaxia


En conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluida una conferencia de prensa patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencias en el Club Nacional de Prensa de EE. UU. en Washington, D.C., 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.

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 matriz 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 mismo, 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

La imagen es una mirada anticipada a largo plazo en el objeto masivo que se encuentra en el centro mismo de nuestra galaxia. Los científicos habían visto previamente las estrellas orbitando sobre algo invisible, compacto y masivo en el centro de la Vía Láctea. Esto sugirió firmemente que este objeto conocido como Sagitario A * (SGR A *, pronunciado «Sadge-Ay-Star»), es un agujero negro, y la imagen de hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ella. No podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, pero el gas brillante a su alrededor revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura brillante y similar a un anillo. La nueva vista captura la luz doblada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivas que nuestro sol. «Nos quedamos aturdidos por lo bien que el tamaño del anillo acordó con las predicciones de la teoría de la Relatividad General de Einstein», dijo el científico de la EHT, el científico de Geoffrey Bower del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, Taipei. «Estas observaciones sin precedentes han mejorado en gran medida nuestra comprensión de lo que sucede en el centro del centro de nuestra galaxia, y ofrecer nuevas ideas sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno».

Los resultados del equipo de EHT se publican hoy en día en un número especial de las letras de la revista astrofísica. Debido a que el agujero negro es de aproximadamente 27,000 años luz de la Tierra, parece tener aproximadamente el mismo tamaño en el cielo como un donut en la luna. Para imaginarlo, el equipo creó el poderoso EHT, que unió a ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual «de tamaño terrestre». El EHT observó SGR A * en varias noches, recopilando datos durante muchas horas consecutivos, similar a usar un largo tiempo de exposición en una cámara. Y al igual que una cámara de alta potencia, Imaging Sgr A * requirió el soporte de los instrumentos más sensibles de la radio astronomía. Esa sensibilidad proviene de los receptores de la banda 6 de 1.3 mm 6 en la matriz de milímetro / submillímetro grande de Atacama (ALMA), diseñado por el Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) en el Observatorio Nacional de Radio Astronomía de la Fundación Nacional de los EE. UU. (NRAO). «Estamos muy orgullosos de CDL para haber proporcionado alguna tecnología crítica para apoyar este increíble descubrimiento por la colaboración de la EHT», dijo Bert Hawkins, director de CDL, quien explicó el papel de la Banda 6 y CDL al hacer la investigación y los resultados posibles.

Sgr A, pronunciado sadge-ay-star, es una fuente de radio compleja en el centro de la Vía Láctea, y alberga un agujero negro supermasivo, o SMBH. Más de 300 investigadores de 80 instituciones de todo el mundo trabajaron juntos para obtener imágenes de SgrA utilizando el Event Horizon Telescope (EHT), un telescopio global compuesto por múltiples matrices de radio que trabajan juntas. Visualmente, SgrA* se parece mucho a M87*, el primer agujero negro jamás fotografiado. Pero, los nuevos resultados han demostrado que son tan diferentes como pueden ser. Crédito: NRAO/AUI/NSF, Colaboración EHT

«Nuestro equipo contribuyó al instalar un reloj atómico construido a medida en Alma y reprogramando el correlador ALMA para hacer el telescopio una matriz de fases. Esto convirtió efectivamente el telescopio en un solo plato con un diámetro efectivo de 85 metros, el componente más grande del Eht. Además, los mezcladores en el corazón de los receptores en Alma, el telescopio submillímetro (SMT) en Arizona, el gran telescopio milimeter (LMT) en México, y el Telescopio del Polo Sur (SPT) en la Antártida fueron Desarrollado en CDL junto con nuestros socios en la Universidad de Virginia». El avance sigue el lanzamiento de la primera imagen de la colaboración de EHT de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87 *, en el centro de la galaxia más distante Messier 87. Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, aunque nuestro agujero negro de nuestra galaxia es más de 1,000 veces más pequeño y menos masivo que M87 *.

«Tenemos dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujero negro muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros, se ven increíblemente similares», dice Sera Markoff, copresidente del Consejo de Ciencias del EHT y un profesor de astrofísica teórica de la Universidad de Ámsterdam, los Países Bajos. «Esto nos dice que la relatividad general gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que vemos más lejos debe deberse a las 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 de Condado y Departamento de Astronomía y el Instituto 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. -Ne tan rápido como la luz, tanto SGR A * como M87 *. Pero donde el gas lleva días a semanas para orbitar el M87 * más grande, en el SGR A *, completa una órbita en meros minutos. Esto significa el brillo y el patrón del gas alrededor de SGR Estaba cambiando rápidamente cuando la colaboración de EHT lo estaba observando, un poco como tratar de tomar una imagen clara de un cachorro rápidamente persiguiendo su cola». Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que representaron el movimiento de gas alrededor de SGR A *. Mientras que M87 * fue un objetivo más fácil, constante, con casi todas las imágenes que parecían igual, ese no era el caso de SGR A *. La imagen del agujero negro de SGR A * es un promedio de las imágenes que se extrajo, finalmente, revelando el gigante al acecho en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

El esfuerzo fue posible a través del ingenio de más de 300 investigadores de 80 institutos en todo el mundo que juntos conforman la colaboración de EHT. Además de desarrollar herramientas complejas para superar los desafíos de las imágenes de SGR A *, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, utilizando supercomputadores para combinar y analizar sus datos, mientras compilan una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para compararse con las observaciones.

«Este trabajo demuestra claramente la importancia crítica del uso de frecuencias de radio, milimétricas y submilimétricas para comprender los entornos más extremos del universo», dijo Tony Remijan, director del Centro de Ciencias ALMA de América del Norte (NAASC) en NRAO. «Usar estos rangos de frecuencia es la única forma de descubrir el entorno único que rodea al agujero negro que está completamente oscurecido en otras frecuencias. La adición de ALMA también fue fundamental para las observaciones, ya que proporcionó la sensibilidad necesaria para hacer esta observación sin ambigüedades. Combinando todo los datos de instalaciones en todo el mundo, con ALMA como ancla para todas estas instalaciones, brindaron la sensibilidad y resolución necesarias para hacer este tipo de descubrimientos. Y esto es solo el comienzo. ALMA está planeando un gran aumento de su sensibilidad en el próxima década, lo que conducirá a descubrimientos aún más profundos que nos esperan en el universo».

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 completamente, 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 de 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».

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.

En 2021, NSF y la Junta de ALMA aprobaron una actualización multimillonaria para los receptores de Banda 6 del Observatorio a través del Programa de Desarrollo de ALMA de América del Norte. La actualización aumentará la cantidad y la calidad de la ciencia medida en longitudes de onda entre 1,4 mm y 1,1 mm, lo que proporcionará proyectos de investigación como los de EHT con mejor sensibilidad que nunca y, en última instancia, resultados científicos más precisos y eficientes. Además, Next Generation Very Large Array (ngVLA) de NRAO recibió un apoyo positivo de la encuesta decadal Astro2020. Actualmente, en la etapa inicial de planificación y desarrollo, el ngVLA logrará objetivos de alta prioridad en astronomía y astrofísica y está programado para convertirse en la mejor máquina de caza de agujeros negros.

«Estos nuevos resultados de EHT son emocionantes porque nos muestran lo lejos que ha llegado la astronomía y también porque confirman que todavía hay mucho por ahí que no hemos visto y aún no hemos podido observar y estudiar». dijo el Dr. Tony Beasley, Director de NRAO. «Las antenas y la instrumentación que diseñamos y desarrollamos en NRAO están haciendo posible este progreso, y esperamos continuar liderando los avances en radioastronomía que descubrirán agujeros negros y otros fenómenos que acechan en los rincones de la galaxia y el universo».

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