Utilizando coordinadamente ocho telescopios ubicados en distintos puntos de la Tierra para alcanzar una precisión comparable a uno único del tamaño del planeta, la colaboración Event Horizon Telescope logró por primera vez correr el velo de oscuridad que oculta el corazón de nuestra galaxia: captó una imagen del agujero negro que habita en el centro de la Vía Láctea.
Se trata de “una trampa a través de la cual el equivalente a cuatro millones de soles fueron despachados a la eternidad, dejando tras sí el espacio-tiempo violentamente retorcido”, como escribe Dennis Overbye, en The New York Times. Un “gigante gentil” (gentle giant), como lo describió por su escasa actividad Feryal Özel, la científica que estuvo a cargo del anuncio de la National Science Foundation (NSF), una de las seis que dieron a conocer el logro simultáneamente en todo el mundo.
“Observar un astro de esta naturaleza es una empresa extremadamente complicada en lo científico, en lo logístico y en lo técnico”, destaca el físico de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, Gastón Giribet. Más de 300 científicos reunieron y analizaron en conjunto durante cinco años varios petabytes de información (un 1 seguido de 15 ceros de bytes).“Se trata de un logro mayor en la historia de la astrofísica”, agrega Giribet.
Con una masa equivalente a cuatro millones de veces la del Sol, este objeto fue identificado por primera vez en 1974 como una fuente de radio, subraya Giribet. Se encuentra a 26.000 años luz de la Tierra, tiene un diámetro de 44 millones de kilómetros y el gas se mueve tan rápido alrededor que da una vuelta en pocos minutos. “El nombre Sgr A* fue acuñado por Robert Brown en un artículo de 1982, porque la fuente de radio era ‘excitante’, y los estados excitados de los átomos se denotan con asteriscos”, explica Alejandro Gangui, astrofísico del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE) del Conicet.
Los resultados, que se despliegan en varios papers publicados en simultáneo en The Astrophysical Journal Letters (los dos últimos dedicados a la interpretación de los datos), ofrecen una evidencia abrumadora de que se trata de un agujero negro, como se sospechaba.
Para alcanzar las 10.000 millones de observaciones, se comenzó trabajando en el espectro óptico y luego se pasó al infrarrojo. “La resolución angular (capacidad de distinguir como separados dos puntos extremadamente cercanos) depende de la longitud de onda de la luz observada y del tamaño del radiotelescopio, y queremos que sea un número chiquitísimo –explicó en ocasión de la primera imagen obtenida de una de estas bestias cósmicas la astrónoma Gloria Dubner, exdirectora del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE)–. Se decidió usar un conjunto de radiotelescopios observando ondas de radio de 1.3 mm, separados en una distancia casi del tamaño del planeta. Muchas antenas distantes entre sí actúan como una sola; o sea, como un aparato inmenso para colectar energía. Se conectaron antenas de Norteamérica, Hawai, Europa, Chile, la Antártida (¡y pensar que formando parte de esta fiesta podría haber estado nuestro nuevo radiotelescopio que se está instalando en la Puna, Llama!). Para trabajar al unísono tienen que estar completamente sincronizadas, con una precisión de un segundo en 100 millones de años (para lo cual se usan técnicas de GPS). La técnica se llama VLBI (Very Large Baseline Interferometry) y permite lograr una resolución angular de 35 millonésimas de segundo de arco. Para hacernos una idea, si tuviésemos una resolución angular comparable en luz visible, podríamos leer claramente cartelitos escritos con letras de 6,5 cm de alto ubicados en la Luna".
“La imagen, muy esperada, nos muestra al fin el aspecto real del enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. La comunidad científica ya había observado estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo que permitían postular que Sgr A* era un agujero negro, y hoy proporcionamos la primera evidencia visual directa –destaca la comunicación del Observatorio Europeo Austral (ESO, según sus siglas en inglés)–. Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea tiene una firma reveladora: una región central oscura (llamada "sombra") rodeada por una estructura brillante en forma de anillo: la luz curvada por la fuerza gravitatoria del agujero negro”.
Monstruos cosmológicos
Los agujeros negros son objetos a la vez fantásticos e increíblemente simples, dijeron los autores de este logro. Algunos de ellos surgidos del colapso gravitacional de estrellas masivas que consumieron todo su combustible y otros cuya génesis todavía se desconoce, son objetos extraordinarios, con masas enormes, pero tamaños muy compactos, que retuercen el espacio-tiempo y calientan a temperaturas inimaginables el material que los rodea.
En 2017, los científicos de la colaboración EHT sincronizaron los aparatos ubicados en cuatro continentes para que enfocaran el agujero negro que se encuentra en el centro de la Via Láctea, Sagittarius A* y M87, que tiene 6500 millones de masas solares, y queda a 50 o 60 millones de años luz de distancia. Finalmente, fue la de M87 la primera que pudo presentarse, en 2019. Ahora, llegó el turno de Sgr A*, que permite contrastar las conclusiones que se habían obtenido.
Según el astrofísico Félix Mirabel, también del IAFE, la primera imagen de un agujero negro desarrollada con computadoras data de 1979: inmediatamente después de su tesis en el Observatorio de París, Jean Pierre Luminet aplicó las ecuaciones de la teoría de la relatividad para graficar cómo se vería la materia alrededor de un agujero negro que está rotando. Esta última “foto”, permite transformar el concepto matemático en un objeto físico, algo que se puede testear, medir y observar repetidamente.
Lo primero que sorprendió a los científicos fue su comportamiento tan similar al del primero. Por muchos años, advirtieron, estas dos serán las únicas fotos que habrán sido obtenidas de estas bestias cósmicas que parecen ocultarse en el centro de todas las galaxias de cierto tamaño. El EHT observó a Sgr A* durante varias noches, recopilando datos muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.
"Nos sorprendió lo bien que el tamaño del anillo concordaba con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein –dijo durante la presentación Geoffrey Bower, investigador del proyecto EHT, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de Taipei–. Estas observaciones sin precedente mejoran nuestra comprensión de lo que sucede en el centro mismo de nuestra galaxia y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno”.
“Hace tres años, M87 en el centro de una galaxia elíptica, y hoy Sgr A* en el de nuestra Vía Láctea (galaxia espiral), tienen una apariencia asombrosamente similar –comenta Gangui–. Eso muestra que cuando se estudian las regiones centrales de toda una variedad de galaxias, son los agujeros negros en sus centros los que dominan esas regiones, y la fisica de la relatividad general de Einstein es una y única, independientemente de los tamaños de las galaxias que los hospedan.
Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87”.
"Tenemos dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero se ven increíblemente similares –dijo Sera Markoff, copresidente del Consejo de Ciencias de EHT y profesora de astrofísica teórica en la Universidad de Amsterdam, Holanda–. Esto nos indica que, en pequeña escala, la relatividad general gobierna estos objetos y cualquier diferencia que veamos en escalas mayores surge por diferencias en el material que los rodea”.
A pesar de que, a 26.000 años luz de distancia, Sgr A* está mucho más cerca de nosotros que M87* (que está a 50 millones de años luz), el trabajo esta vez fue mucho más difícil. "El gas que hay en las proximidades de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad (casi tan rápido como la luz) alrededor de Sgr A* y de M87* –explicó Chi-kwan Chan, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Arizona, Estados Unidos–. Pero mientras tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87*, en Sgr A* lo hace en cuestión de minutos. Esto significa que su brillo y configuración cambiaba rápidamente mientras lo observábamos. Fue un poco como tratar de obtener una foto nítida de un chico corriendo de noche”. Por eso, la imagen de Sgr A* es un promedio de miles. El equipo trabajó rigurosamente utilizando supercomputadoras para combinar y analizar los datos mientras compilaba una biblioteca sin precedentes de simulaciones numéricas de agujeros negros para compararlos con las observaciones”.
“La imagen no sólo confirma la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, sino también el tamaño de su sombra –destaca Giribet–. Habíamos calculado su masa de otras observaciones (por la órbita de estrellas), aunque no el tamaño. Sin embargo, la relatividad general de Einstein sí lo predice si se conoce su masa, y la observación está de acuerdo con esa predicción. Eso es importante”.
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