SD. Por fin, podemos verlo: un agujero negro en la carne del universo. Los astrónomos revelaron el pasado día 11 una imagen del gigantesco agujero negro en el corazón de la cercana galaxia Messier 87. El resultado, un anillo de fuego que rodea a las sombras más negras, es una confirmación poderosa de la teoría de la relatividad de Albert Einstein, quien hace 80 años predijo la existencia de los agujeros negros. La hazaña pertenece a un equipo de más de 200 científicos que trabajaron durante años para producir la imagen mediante la combinación de señales de ocho observatorios de radio diferentes en todo el mundo.
«Se siente como mirar las puertas del infierno», dice Heino Falcke de la Universidad de Radboud en Nijmegen, Países Bajos, uno de los líderes de la colaboración Event Horizes Telescope (EHT), que anunció el resultado en un conjunto global de conferencias de prensa coordinadas. «Este es el fin del espacio y el tiempo». Falcke dice que el proceso de 2 años de procesar los datos y generar las imágenes «fue el período más emocionalmente difícil de mi vida».
Aunque pocos dudaban de la existencia de agujeros negros, verlos, o al menos su sombra, era un desafío inmenso. Los agujeros negros tienen campos gravitatorios tan fuertes que incluso la luz no puede escapar, por lo que están definidos por la cáscara de una esfera negra sin rasgos denominados horizonte de eventos. Pero sin embargo, los agujeros se pueden ver. A medida que consumen materia que se aleja demasiado, la comprimen en un disco sobrecalentado de gas incandescente.
En las imágenes del equipo, la parte inferior del anillo se ve brillante porque los gases allí se refuerzan con Doppler y se baten hacia la Tierra. El agujero negro dobla la luz a su alrededor, creando una sombra circular. La relatividad general predice que la sombra debería estar alrededor del 10%, dice Avery Broderick, miembro de EHT y astrofísico en la Universidad de Waterloo en Canadá, mientras que las teorías alternativas de la gravedad predicen formas distorsionadas, no circulares. La sombra observada es esencialmente circular, dice Broderick.
El equipo de EHT, de 13 instituciones de todo el mundo, realizó sus observaciones de M87 * y el agujero negro en el centro de nuestra Vía Láctea, conocido como Sagittarius A * (Sgr A *), durante 5 noches en abril de 2017 con ocho radiotelescopios. que son sensibles a longitudes de onda de aproximadamente un milímetro. A esa radiofrecuencia específica, la radiación puede penetrar en la neblina de polvo y gas que rodea los centros de galaxias.
Pero acercarse a los agujeros negros todavía era un desafío. Los agujeros negros contienen una inmensa cantidad de masa en un espacio sorprendentemente pequeño. El agujero negro en el centro de M87 *, a 55 millones de años luz de distancia, se ha tragado la masa de 6.500 millones de soles. Sin embargo, su horizonte de eventos tiene solo 40 mil millones de kilómetros de diámetro, aproximadamente cuatro veces el diámetro de la órbita de Neptuno.
Ningún telescopio existente tiene la resolución de ver un objeto tan pequeño y distante. Entonces, el equipo de EHT cooptó a la mayoría de los telescopios de ondas milimétricas en todo el mundo y combinó sus datos para producir un telescopio virtual del tamaño de la Tierra a través de un proceso llamado interferometría de línea de base muy larga. Los telescopios que utilizaron se extendían desde Hawai hasta Arizona, desde México hasta España y desde Chile hasta el Polo Sur. «Puede pensar en ellos como puntos plateados en un espejo global», dice Shep Doeleman, líder de proyectos de EHT en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge, Massachusetts. «Entonces la Tierra gira para que podamos completar la imagen».
La colaboración había realizado observaciones anteriores con menos telescopios, pero 2017 fue la primera vez que tuvieron una matriz mundial que incluía el poder del Atacama Large Milimeter / submillimeter Array en Chile con sus 64 platos. Las ondas milimétricas se ven afectadas por las nubes, por lo que obtener un buen clima fue importante. En abril de 2017, los dioses del clima sonrieron. «Fue una de las partes más suaves del proyecto», dice el miembro del equipo Feryal Özel de la Universidad de Arizona en Tucson. «Algunos equipos trabajaron turnos de 16 o 18 horas, pero todo tuvo suerte», dice, y agregó: «Analizar los datos fue mucho más difícil».
Ese proceso ha tomado todo el tiempo desde entonces. El volumen de datos fue tan grande que no se pudo transmitir a computadoras grandes en el Observatorio Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Westford y al Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania. En su lugar, tenía que grabarse en el disco y enviarse, lo que planteaba un problema para el telescopio del Polo Sur. Estaba cerrado para el invierno austral, por lo que los investigadores no tuvieron acceso a sus datos hasta casi el final de 2017. Se registraron un total de 4 petabytes, cada lectura marcada con un reloj atómico. Si esos datos fueran música grabada como MP3, tardarían 8000 años en reproducirse.
«Fue un proceso bastante espantoso para procesar todos los datos», dice Falcke. Los potentes procesadores llamados correladores comparan las lecturas entre pares de telescopios a diferentes distancias y orientaciones a los agujeros negros. Özel lo compara con la creación de una imagen 3D del cuerpo con una tomografía computarizada, pero en este caso no tienen todas las orientaciones que necesitan. «Teníamos que asegurarnos de que no estábamos completando los datos de una manera que pudiera influir en la interpretación», dice ella. Monika Mościbrodzka, coordinadora del grupo de trabajo de EHT en la Universidad de Radboud, dice que cuatro equipos independientes duplicaron el procesamiento de datos para eliminar los sesgos. Ella dice que el resultado fue convincente porque, a lo largo de 4 días de observaciones de M87 *, la forma y el tamaño de la sombra fueron consistentes, y el contraste entre el anillo brillante y la sombra oscura fue tan grande como predijo la teoría.
El equipo no informó los resultados para el gigante de nuestra galaxia, Sgr A *. Aunque es mucho más cercano que M87 *, es aproximadamente 1000 veces menos masivo, con un horizonte de eventos más pequeño. Además, se mueve más rápidamente a través del cielo, complicando las observaciones. Doeleman dice que el equipo pasará a Sgr A * a continuación. «No estamos prometiendo nada», dice. «Pero esperamos llegar pronto».
A Einstein no le gustó la idea de los agujeros negros. Meses después de que publicara su teoría de la relatividad general en 1915, el físico alemán Karl Schwarzschild encontró una solución para las ecuaciones de Einstein que sugería que dentro de una cierta distancia de un punto de masa infinitesimal, la gravedad debería ser tan fuerte que evitaría que algo escapara. incluso la luz
Sin embargo, durante décadas, la mayoría de los físicos y astrónomos pensaron que tal idea era solo una curiosidad matemática. No fue hasta 1939 que el físico estadounidense J. Robert Oppenheimer y sus colegas predijeron que una estrella masiva podría colapsar hasta un punto.
La idea se disparó en el brazo con el descubrimiento que hizo Jocelyn Bell Burnell en 1967 de los púlsares (estrellas de neutrones densas y giratorias) que demostraron la existencia de objetos extremadamente densos y compactos. Desde entonces, los astrónomos han acumulado abundante evidencia indirecta de la existencia de agujeros negros, a partir de los efectos de su gravedad. Los astrónomos han encontrado sistemas binarios, como Cygnus X-1, donde una estrella orbita un objeto invisible y más denso que parece engullirse en el material de su compañero estelar.
Más evidencia vino de los estudios de Sgr A *. En las últimas dos décadas, las observaciones de un puñado de estrellas en órbitas apretadas y rápidas dejan poco espacio para nada más que un agujero negro supermasivo en el centro galáctico, uno con una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro Sol.
La evidencia más convincente se produjo en 2015, con la detección por el Interferómetro Láser del Observatorio de Ondas Gravitacionales de las ondulaciones en el espacio-tiempo emitidas por la fusión cataclísmica de dos agujeros negros. Sin embargo, con el anuncio de hoy, los astrónomos finalmente tienen evidencia visual. «Siempre he querido ver esa maldita cosa», dice Falcke.
Las futuras observaciones de EHT podrían arrojar luz adicional sobre la naturaleza de los agujeros negros. El equipo espera medir el giro y la polarización magnética de los agujeros negros. En la M87 *, un agujero negro más voraz y activo que Sgr A *, el equipo podría aprender sobre el mecanismo que acelera los chorros de material desde los polos del agujero negro, como las vigas de una casa de luz. Sera Markoff, miembro del equipo de EHT y astrofísico teórico en la Universidad de Amsterdam, señala que M87 * también es un «núcleo galáctico activo» cuya luminosidad aumenta y disminuye a medida que absorbe la materia. «Simplemente tuvimos suerte», dice ella. «Si hubiera estado ardiendo, podríamos haber visto algo muy diferente y podría haber bloqueado la sombra».
La campaña del equipo en 2018 fue principalmente un fracaso debido al mal tiempo. Este año, las observaciones fueron abandonadas porque varios telescopios no estaban operando. Pero las observaciones del próximo año deberían incluir nuevos telescopios, y también comenzarán a observarse en longitudes de onda más cortas, lo que debería ofrecer imágenes más nítidas, dice Doeleman. «Podremos extender esa imagen de esa sombra hacia donde se conecta con ese chorro».
Los astrónomos fuera del equipo de EHT estarán ansiosos por descubrimientos inesperados que puedan apuntar a avances teóricos. Cuando se le preguntó sobre los resultados del equipo, Avi Loeb, director de la Iniciativa Black Hole en la Universidad de Harvard, dice que está más sorprendido por la falta de sorpresas. Hace una década, ayudó a simular M87 * y dice que sus imágenes se parecían mucho a las de EHT en la actualidad. Aun así, dice, el resultado del equipo es un hito importante. «Una imagen vale más que mil palabras, y ver es creer», dice. «Ahora, hemos clavado el mapa de un agujero negro».
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