Los astrónomos revelan la primera imagen del agujero negro en el corazón de nuestra galaxia —

La imagen es una mirada largamente esperada al enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los científicos habían visto anteriormente estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea. Esto sugería fuertemente 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 ello.

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada sombra) rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva visión capta la luz doblada 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 de la Academia Sinica de Taipei. «Estas observaciones sin precedentes han mejorado en gran medida nuestra comprensión de lo que ocurre en el centro mismo de nuestra galaxia, y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno». Los resultados del equipo del EHT se publican hoy en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.

Dado que el agujero negro se encuentra a unos 27.000 años luz de la Tierra, nos parece que tiene aproximadamente el mismo tamaño en el cielo que un donut en la Luna. Para obtener imágenes de él, el equipo creó el potente EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un único telescopio virtual «del tamaño de la Tierra» [1]. El EHT observó Sgr A* en múltiples noches de 2017, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un largo tiempo de exposición en una cámara.

Además de otras instalaciones, la red de radioobservatorios del EHT incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) en el desierto de Atacama, en Chile, de los que ESO es copropietario y coopera en nombre de sus estados miembros en Europa. Europa también contribuye a las observaciones del EHT con otros radioobservatorios -el telescopio IRAM de 30 metros en España y, desde 2018, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia-, así como con un superordenador para combinar los datos del EHT alojado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. Además, Europa contribuyó con financiación al proyecto del consorcio EHT mediante subvenciones del Consejo Europeo de Investigación y de la Sociedad Max Planck de Alemania.

«Es muy emocionante para ESO haber desempeñado un papel tan importante en el desentrañamiento de los misterios de los agujeros negros, y de Sgr A* en particular, durante tantos años», comentó el Director General de ESO, Xavier Barcons. «ESO no sólo ha contribuido a las observaciones de EHT a través de las instalaciones de ALMA y APEX, sino que también ha permitido, con sus otros observatorios en Chile, algunas de las anteriores observaciones rompedoras del centro galáctico». [2]

El logro de EHT sigue a la publicación en 2019 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 parecen notablemente, aunque el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87* [3]. «Tenemos dos tipos de galaxias completamente diferentes y dos masas de agujeros negros muy distintas, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven asombrosamente similares», dice Sera Markoff, copresidente del Consejo Científico del EHT y profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos).»Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea a los agujeros negros».

Este logro fue considerablemente más difícil que el de M87*, aunque 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, explica: «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*, más grande, en Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en cuestión de minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaban cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba -un poco como tratar de tomar una foto clara de un cachorro persiguiendo rápidamente su cola».

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

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

Los científicos están especialmente entusiasmados por 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 cómo se comporta el 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 en el extremo grande y otro en el extremo pequeño de los agujeros negros supermasivos del Universo-, por lo que podemos ir mucho más lejos en la comprobación de cómo se comporta la gravedad en estos entornos extremos que antes».

El progreso en el EHT continúa: una gran campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La continua expansión de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a los científicos compartir imágenes aún más impresionantes, así como películas de agujeros negros en un futuro próximo.

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 Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el UArizona Submillimeter Telescope (SMT), 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 UArizona en Kitt Peak.

ALMA es una asociación del Observatorio Europeo Austral (ESO; Europa, en representación de sus estados miembros), la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF), y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón, junto con el Consejo Nacional de Investigación (Canadá), el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST; Taiwán), el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica (ASIAA; Taiwán), y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI; República de Corea), en cooperación con la República de Chile. El Observatorio Conjunto ALMA es operado por ESO, la Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). APEX, una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), el Observatorio Espacial de Onsala (Suecia) y ESO, es operado por ESO. El telescopio de 30 metros es operado por el IRAM (las organizaciones asociadas al IRAM son MPG [Germany], CNRS [France] y el IGN [Spain]). El JCMT está operado por el Observatorio de Asia Oriental en nombre del Observatorio Astronómico Nacional de Japón; ASIAA; KASI; el Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia; el Centro para la Mega Ciencia Astronómica y organizaciones del Reino Unido y Canadá. El GTM es operado por el INAOE y la UMass, el SMA es operado por el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y ASIAA y el SMT de la UArizona es operado por la Universidad de Arizona. El SPT es operado por la Universidad de Chicago con instrumentación especializada del EHT proporcionada por la Universidad de Arizona.

El Telescopio de Groenlandia (GLT) es operado por ASIAA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO). El GLT es parte del proyecto ALMA-Taiwán, y es apoyado en parte por la Academia Sinica (AS) y MOST. NOEMA es operado por el IRAM y el telescopio de 12 metros de la UArizona en Kitt Peak es operado por la Universidad de Arizona.

[2] Una base sólida para la interpretación de esta nueva imagen fue proporcionada por investigaciones anteriores realizadas sobre Sgr A*. Los astrónomos conocen la brillante y densa fuente de radio situada en el centro de la Vía Láctea en dirección a la constelación de Sagitario desde la década de 1970. Al medir las órbitas de varias estrellas muy cercanas a nuestro centro galáctico durante un período de 30 años, los equipos dirigidos por Reinhard Genzel (director del Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre en Garching, cerca de Múnich, Alemania) y Andrea M. Ghez (profesor del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Los Ángeles, EE.UU.) pudieron concluir que la explicación más probable para un objeto de esta masa y densidad es un agujero negro supermasivo. Para llevar a cabo esta investigación, que compartió el Premio Nobel de Física de 2020, se utilizaron las instalaciones del ESO (incluidos el Very Large Telescope y el Very Large Telescope Interferometer) y el Observatorio Keck.

[3] 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.

Suplemento en Astrophysical Journal Letters, «Focus on First Sgr A* Results from the Event Horizon Telescope» https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results