Imagen del agujero negro Sagitario A*. / Imagen: EHT Collaboration.

Sagitario A*: primera imagen del agujero negro del centro de nuestra galaxia

La red global de radiotelescopios EHT se ha unido para formar uno del tamaño de la Tierra y observar, por primera vez, a Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el corazón de la Vía Láctea. Esta primera imagen histórica del agujero negro del centro de nuestra galaxia no es muy diferente a la de M87* que vimos hace tres años, una coincidencia que ya predecía la relatividad general de Einstein. Ahora el reto de la colaboración científica EHT que las ha captado es grabar una ‘película’ de estas oscuras sombras y su brillante anillo de gas.


Hace tres años, la comunidad científica del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés) sorprendió al mundo con la primera ‘fotografía’ de un agujero negro, captada en la vecina galaxia M87. Ahora el mismo equipo, utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios, muestra la primera evidencia visual directa del agujero negro supermasivo que hay en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Se trata de Sagitario A*, una fuente de radiación muy variable que cambia continuamente. Los científicos llevan años trabajando con algoritmos para, como si fuera una ‘película’, lograr reconstruir su evolución temporal, pero de momento ya han conseguido y presentado su imagen fija.

El hito lo ha presentado esta semana el equipo del Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration en una serie de conferencias de prensa internacionales simultáneas celebradas por todo el planeta, además de un conjunto de artículos publicados en la edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

“Esta es la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia, que es cuatro millones de veces más masivo que el Sol. Presentamos la primera prueba visual directa de su presencia”, ha señalado Sara Issaoun, investigadora del Centro de Astrofísica de Harvard, durante su intervención desde la sede del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Múnich (Alemania).

El resultado proporciona una evidencia abrumadora de que el objeto es realmente un agujero negro y aporta valiosas pistas sobre el funcionamiento de estos gigantes, que se cree que residen en el centro de la mayoría de las galaxias.

Según los más de 300 científicos de 80 centros que han participado en el hallazgo, este colosal agujero ‘pesa’ alrededor de cuatro millones de masas solares, comprimidas en una región no más grande que nuestro sistema solar, a 27.000 años luz de nuestro planeta.

 

Primera evidencia visual

La imagen es una mirada largamente esperada al enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los científicos ya habían visto estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el corazón de la Vía Láctea. Esto sugería fuertemente que este objeto, Sagitario A* (Sgr A*, pronunciado “sadge-ay-star”), es un agujero negro.

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.

“Nos sorprendió lo bien que coincidía el tamaño del anillo con las predicciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein”, señala el científico principal del proyecto EHT, Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica (Taipei). “Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo los agujeros negros gigantes interactúan con su entorno”.

Para observar un objeto tan lejano como este hace falta un telescopio del tamaño de la Tierra, y —aunque de forma virtual— eso es lo que se ha conseguido con el EHT. Lo integran ocho radiotelescopios localizados en Chile, Estados Unidos, México, España y el Polo Sur. En América destaca el operado en el desierto chileno de Atacama por el Observatorio Europeo Austral (ESO) y otros socios internacionales, y en Europa, el del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) en Sierra Nevada (Granada).

El EHT observó Sgr A* varias noches recopilando datos durante numerosas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara fotográfica. Entre los radiotelescopios que forman el EHT, la antena IRAM de 30 metros ha desempeñado un papel esencial en las observaciones que han permitido obtener esta primera imagen.

Mediante una técnica llamada interferometria de muy larga base (VLBI, donde en lugar de lentes se usan operaciones matemáticas) se han combinado las señales de todos los radiotelescopios y se han procesado sus datos mediante algoritmos y supercomputadores para reconstruir la mejor imagen.

“La tecnología nos va a permitir obtener nuevas imágenes e incluso películas de los agujeros negros”, ha añadido Thalia Traianou, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).

 

El panel principal de este gráfico contiene datos de rayos X de Chandra (en azul) que muestran el gas caliente que fue expulsado de estrellas masivas cercanas al agujero negro. Dos imágenes de luz infrarroja en diferentes longitudes de onda captadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA muestran estrellas (en naranja) y gas frío (en púrpura). Estas imágenes se encuentran a siete años luz de distancia de Sgr A*. El recuadro muestra la nueva imagen del EHT, que sólo tiene una extensión de 1,8 x 10-5 años luz. (Crédito: Rayos X: NASA/CXC/SAO; IR: NASA/HST/STScI. Recuadro: Radio-Colaboración EHT)

 

Dos agujeros negros similares

Respecto a la imagen captada en 2019 del agujero negro en la galaxia M87, los científicos coinciden en que ambos agujeros se ven notablemente similares, a pesar de que el de nuestra galaxia es más de 1.000 veces más pequeño y menos masivo que M87*, que se encuentra a 55 millones de años luz. Ese gigante tiene 6.500 millones de masas solares y 9.000 millones de kilómetros de diámetro, es decir que entraría dentro de él el sistema solar hasta Neptuno.

“Tenemos dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven increíblemente similares —apunta Sera Markoff, copresidente del Consejo Científico del EHT y profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam—. Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos a mayor distancia se debe a diferencias en el material que rodea los agujeros negros”.

Roberto Emparan, físico teórico y profesor ICREA en el Institut de Ciéncies del Cosmos de la Universidad de Barcelona, señala al SMC España que “por el momento, podemos decir que la semejanza entre la imagen de M87* de 2019 y la actual de SgrA* indica que el entorno más próximo al agujero negro es muy similar independientemente del tamaño del agujero negro. Más adelante las observaciones nos dirán mucho más sobre las propiedades de la materia en torno al agujero negro, y seremos capaces de decir si este objeto es realmente lo que la teoría de Einstein predice, o un ‘impostor’ o ‘imitador’ más exótico”.

Eso sí: el resultado presentado ahora ha sido considerablemente más difícil que el de M87*, a pesar de que Sgr A* se halla mucho más cerca. El equipo tuvo 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 se veían igual, ese no era el caso de Sgr A*.

El científico del EHT, Chi-kwan Chan, del Observatorio Steward y del departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona (USA), 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 de 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* cambiaban rápidamente mientras la colaboración EHT lo observaba: era un poco como intentar tomar una foto clara de un cachorro que persigue rápidamente su cola”, continúa.

La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que el equipo extrajo, revelando finalmente el gigante que reside en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

 

Agujeros negros y Nobel de Física

Los agujeros negros son los objetos más extremos del universo. Su concentración de masa es tan grande, tan colosal, que produce una ‘rasgadura’ o curvatura en el tejido espacio-tiempo que cubre el universo. Este oscuro objeto está rodeado de una región llamada horizonte de sucesos, un límite a partir del cual la gravedad es tan grande que nada, ni siquiera la luz, puede escapar una vez que se traspasa.

En 2020 tres investigadores compartieron el Premio Nobel de Física por sus avances en el conocimiento de estos objetos: Roger Penrose, por descubrir que la formación de un agujero negro es una predicción sólida de la Teoría General de la Relatividad de Einstein; y conjuntamente Reinhard Genzel y la profesora Andrea Ghez por encontrar el del centro de nuestra galaxia.

“Estudios previos, galardonados con el Premio Nobel de Física en 2020, habían demostrado que en el centro de nuestra galaxia reside un objeto extremadamente compacto con una masa cuatro millones de veces mayor que nuestro Sol. Ahora, gracias al EHT, hemos podido obtener la primera confirmación visual de que este objeto es, casi con toda seguridad, un agujero negro con propiedades que concuerdan perfectamente con la Teoría de la Relatividad General de Einstein”, afirma José Luis Gómez, miembro del Consejo Científico del EHT y líder del grupo del EHT en el IAA-CSIC.

Hasta ahora las órbitas de las estrellas eran la evidencia más convincente de que un agujero negro supermasivo se escondía en Sagitario A *, la fuente de radio muy compacta y brillante del centro de la Vía Láctea asociada al agujero negro.

Los avances en el EHT continúan: en marzo de 2022 ya se desarrolló una gran campaña de observación que incluyó más telescopios que nunca. La continua ampliación de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a la Colaboración compartir imágenes aún más impresionantes, así como películas de agujeros negros en un futuro próximo.

(Fuente: ESO/CSIC)

 


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Cuatro claves sobre la imagen de Sagitario A*

Enrique Sacristán

  ¿No conocíamos ya al agujero negro del centro de nuestra galaxia? Estudios previos, incluidos los que en 2020 les valieron el Premio Nobel de Física a Reinhard Genzel y Andrea Ghez, ya habían demostrado que en el centro de la Vía Láctea hay un objeto supermasivo —llamado Sagitario A* o Sgr A*—, con una masa cuatro millones de veces mayor que la del Sol. Lo dedujeron a partir del movimiento de las estrellas que giran a su alrededor.

Lo que se presenta ahora por primera vez es su imagen, una evidencia visual directa. Aunque en realidad el propio agujero no se ve, su enorme gravedad se traga toda la luz, pero sí su sombra oscura rodeada de un anillo de gas brillante y caliente. La sombra mide unos 52 microsegundos de arco, lo que equivale a ver un CD en la Luna desde la Tierra. Se trata de ver un agujero de 3 minutos luz a una distancia de 27.000 años luz.

Como el tamaño de la sombra es proporcional a la masa, se confirma que tiene unos cuatro millones de masas solares, un resultado que concuerda perfectamente con la teoría de la relatividad general de Einstein.

¿Qué diferencias hay entre la imagen de Sagitario A* y la de M87* presentada en 2019?

Aparentemente las dos imágenes son similares, a pesar de que son dos agujeros bastantes distintos. El de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño, pero está más cerca, y también es menos masivo: Sagitario A* tiene 4,3 millones de masas solares frente a las 6.600 millones de M87*, que se sitúa mucho más lejos, a 55.000.000 de años luz. Sus orientaciones respecto a nosotros también son diferentes.

Sin embargo, el que las dos imágenes se parezcan confirma un aspecto clave de la relatividad general, ya que predice que todos los agujeros negros se comportan y ven igual, independientemente de su masa. Esto implica que todo el universo está lleno de estas ‘rosquillas’ luminosas.

Además, los dos agujeros en rotación también se ‘alimentan’ a un ritmo distinto. El gas tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87* —el grande—, pero en Sgr A* —el pequeño— completa una órbita en tan solo unos minutos. Esto dificulta las observaciones, ya que el brillo y el patrón del gas que gira alrededor del agujero de nuestra galaxia cambia rápidamente.

Mientras que M87* fue un objetivo más fácil y estable, en el que casi todas sus imágenes se veían igual, no ha sido así en Sagitario A*. La imagen presentada es un promedio de las muchas diferentes que ha captado la colaboración internacional del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés).

 

La imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia se ha obtenido promediando las miles de imágenes obtenidas por ocho instalaciones de la colaboración Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). A la izquierda, ALMA y APEX en Chile, IRAM en España y LMT en México. A la derecha, JCMT, SMT y SMA en EE UU y SPT en el Polo Sur. / EHT Collaboration.

 

¿Cómo se ha obtenido la imagen?

En 2017 el EHT utilizó una red de ocho radiotelescopios distribuidos por medio mundo (ALMA y APEX en Chile, IRAM en España, LMT en México, JCMT, SMT y SMA en Estados Unidos y SPT en el Polo Sur) que funcionan como uno virtual del tamaño de la Tierra. Para crearlo y combinar todas las señales se utiliza una técnica llamada interferometría de muy larga base (VLBI, donde en lugar de lentes se usan operaciones matemáticas).

Pero aunque tenga una escala planetaria, este telescopio global está formado por un número limitado de antenas, y reconstruir una ‘fotografía’ con todos sus datos equivale a adivinar una frase sabiendo solo algunas de sus letras. Para resolverlo y ofrecer la imagen promedio final se utilizan algoritmos y potentes ordenadores.

 

¿Qué retos quedan por delante?

Uno de los más importantes es presentar no una imagen de Sagitario A*, sino una ‘película’ del gas orbitando alrededor del agujero negro. De hecho, es lo que se anunció hace tres años cuando se presentó la imagen de M87*, pero de momento no se dispone de suficiente información. La reciente incorporación a la red EHT de más radiotelescopios (GLT en Groenlandia y NOEMA en Francia), así como las actualizaciones de los que ya había y las nuevas campañas de observación —la última, en marzo de este año—, ayudarán a conseguir este objetivo.

Además, la colaboración científica EHT tratará de reconstruir el campo magnético de este y otros agujeros negros supermasivos, ya que es un factor esencial en la física y la formación de los chorros relativistas asociados a este tipo de objetos.

(Fuente: agencia SINC.)

 

 


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Lo que hemos aprendido de la primera imagen de Sagitario A*

Xavier Barcons

 

El premio Nobel de física 2020 se concedió por un lado a Roger Penrose por su trabajo teórico sobre agujeros negros y por otro lado a Reinhard Genzel y Andrea Ghez por descubrir que en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, hay un agujero negro, llamado Sgr A* (que se lee ‘Sagitario A estrella’), cuya masa es cuatro millones de veces la masa del Sol.

Tal conclusión se basa en la observación detallada de las órbitas de estrellas muy cercanas a Sgr A*, realizada durante décadas. Para ello se han utilizado, entre otros, telescopios como el Very Large Telescope (VLT) y el interferómetro VLTI, suplementados con instrumentación específicamente diseñada para alcanzar la precisión necesaria en la posición y velocidad de estas estrellas vecinas al agujero negro. Armados con estas herramientas, los equipos de investigación han utilizado el agujero negro Sgr A* como laboratorio para verificar distintas predicciones de la teoría de la relatividad general, que ha superado todas las pruebas con éxito.

Establecida sólidamente la existencia de este agujero negro, nos quedaba “verlo”. El consorcio EHT (Event Horizon Telescope) ya publicó en abril de 2019 la primera imagen de un agujero negro, este verdaderamente gigantesco (6,5 miles de millones de masas solares), en el centro de una galaxia también gigantesca llamada M87. Para ello este consorcio internacional se apoyó en ocho radiotelescopios alrededor del mundo. Entre ellos se encuentran el mayor observatorio en ondas milimétricas y submilimétricas ALMA, el telescopio APEX (ambos en el desierto de Atacama), la antena de 30 metros de IRAM en Pico Veleta y el interferómetro NOEMA en los Alpes franceses.

 

Un telescopio grande como la Tierra

El consorcio EHT equipó éstos y el resto de radiotelescopios alrededor del mundo con los dispositivos apropiados para que se pudieran combinar sus observaciones simultáneas realizando interferometría de larga base. Con ello se consigue la resolución equivalente a la que tendría un telescopio tamaño de toda la Tierra.

¿Qué vemos en la imagen del agujero negro en el centro de M87? Vemos la luz emitida por el material que orbita alrededor del agujero negro como resultado de su gigantesca atracción gravitatoria. En el agujero negro del centro de M87, la materia tarda semanas en completar una órbita, por lo que la imagen obtenida durante unas horas o unos días es una “foto fija”.

Obtener la imagen de SgrA* que el consorcio EHT ha presentado en la sede central de la ESO en Garching (Alemania) tiene retos adicionales. Es un agujero negro mucho menos activo, ya que no tiene apenas material a su alrededor que puede atraer gravitatoriamente y, por tanto, menos energético. Lo vemos brillante porque está “cerca”, en el centro de nuestra propia galaxia.

 

La imagen muestra el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mirando hacia la Vía Láctea, así como la ubicación de Sagitario A*. En el recuadro se destaca la imagen de Sagitario A* tomada por la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT). / ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org)

 

Menos activo que el que conocimos en 2019

Pero lo que ha hecho que las observaciones de Sgr A* sean de particular dificultad en su interpretación es que el material que orbita a su alrededor tarda tan solo unos minutos en completar una vuelta. Así que no hay foto fija, ya que para obtener la imagen de Sgr A* hay que estar horas e incluso días recogiendo datos y durante ese tiempo todo cambia. Después de largos años de trabajo, el consorcio EHT ha podido finalmente mostrarnos esa imagen promedio del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, con la gran dificultad que entraña fotografiar algo que se mueve a velocidad de vértigo.

¿Y qué hemos aprendido con esta imagen de Sgr A*? Muchas cosas. Primero que el tamaño del agujero negro es el que corresponde a su masa de 4 millones de soles, según la teoría de la relatividad general. Esta masa, meticulosamente medida por el equipo de Reinhard Genzel, es exactamente la que se infiere a través del tamaño que el agujero negro de Sgr A* ocupa en la imagen.

Por otro lado, el equipo del EHT concluye que este agujero negro está girando y que el eje de giro está apuntando aproximadamente hacia nosotros (solo 30 grados lejos). Este resultado, bastante remarcable, va a dar que hablar sin duda.

 

Datos difíciles de interpretar

Hay mucho más en la recámara. Los datos, nada fáciles de interpretar, contienen una gran cantidad de información que hay que decodificar. El consorcio EHT está en ello, mientras prepara ampliar el número de radiotelescopios que utiliza así como estudiar otros agujeros negros.

Quiero recordar aquí que la ESO, Organización Europea para la investigación astronómica en el hemisferio austral, decidió hace 60 años instalar sus telescopios en el hemisferio sur y una de las razones era precisamente poder estudiar en detalle el centro de la nuestra galaxia, la Vía Láctea. Es reconfortante comprobar que los dos grandes resultados obtenidos en relación con el agujero negro Sgr A* en el centro de nuestra galaxia (las órbitas de las estrellas cercanas al agujero negro y la imagen desvelada ahora) han sacado buen provecho de aquella decisión.  

Xavier Barcons es el Director General del Observatorio Europeo Austral (ESO). (Fuente: Science Media Centre España.)

 

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