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 nueva imagen capta la luz curvada por la fuerza gravitatoria del agujero negro, cuya masa es cuatro millones de veces la de nuestro Sol.
"Lo sorprendente es lo bien que coincide el tamaño del anillo con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein", ha declarado el científico del proyecto EHT, Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipéi. "Estas observaciones sin precedentes representan un gran paso adelante en nuestro conocimiento de lo que ocurre en el centro mismo de nuestra galaxia, y ofrecen nueva información sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno". Los resultados del equipo del EHT se publican hoy en un número especial de la revista
The Astrophysical Journal Letters.
Como el agujero negro está a unos 27.000 años luz de la Tierra, nos parece que tiene en el cielo el mismo tamaño que una rosquilla en la Luna. Para obtener imágenes de él, el equipo del EHT creó una red de ocho observatorios de radio, anteriormente construidos con otros fines, combinados para formar un único telescopio virtual "del tamaño de la Tierra"
[1]. El EHT observó Sgr A* durante varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar a como una cámara fotográfica tradicional haría una imagen con un tiempo de exposición largo.
Este descubrimiento llega después de que la colaboración EHT publicara, en 2019, la primera imagen de un agujero negro, conocido como M87* y situado en el centro de la galaxia distante Messier 87.
Además de otras instalaciones, la red de observatorios de radio EHT incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), ambos situados en el desierto de Atacama, en Chile, copropiedad y co-operados por ESO en nombre de sus estados miembros europeos. Europa también contribuye a las observaciones de EHT con otros observatorios de radio: el telescopio IRAM de 30 metros, en España y, desde 2018, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA), en Francia, así como un superordenador para combinar datos EHT alojado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania. Además, Europa contribuyó con fondos al proyecto del consorcio EHT a través de subvenciones del Consejo Europeo de Investigación y de la Sociedad Max Planck en Alemania.
"Es muy emocionante para ESO haber desempeñado, durante tantos años, un papel tan importante a la hora de desentrañar los misterios de los agujeros negros y, en concreto, de Sgr A*", ha comentado el Director General de ESO, Xavier Barcons."ESO no solo 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, llevar a cabo algunas de las innovadoras observaciones anteriores del centro galáctico".
[2]
Los dos agujeros negros tienen un aspecto bastante similar, a pesar de que el del centro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y ligero 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, los dos son asombrosamente similares", dice Sera Markoff, vicepresidenta del Consejo Científico del EHT y profesora de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). "Esto nos dice que la Relatividad General es la que gobierna estos objetos a pequeña escala, y cualquier diferencia que veamos a escalas mayores ha de venir por diferencias en el material que rodea a los agujeros negros".
Este trabajo ha sido bastante más difícil que el de M87*, a pesar de que Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico del EHT, Chi-kwan ('CK') Chan, del Observatorio Steward, del Departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona (Estados Unidos), explica: "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 M87*. Pero mientras que el gas tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87*, en Sgr A* completa una órbita en cuestión de minutos. El primero es mucho mayor que el segundo. Esto significa que el brillo y la configuración del gas que había alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba - un poco como tratar de obtener una foto nítida de un cachorro que da vueltas persiguiendo su cola".
Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas y sofisticadas herramientas que tuvieran en cuenta el movimiento del gas alrededor de Sgr A*. Mientras que M87* era un objetivo más fácil y estable (ya que casi todas las imágenes tenían el mismo aspecto) este no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes obtenidas, revelando por fin el gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia.
El trabajo ha sido posible gracias al talento de más de 300 investigadores de más de 80 instituciones de todo el mundo que, juntos, forman la Colaboración EHT. Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos planteados para obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, utilizando superordenadores para combinar y analizar los datos, todo ello mientras compilaban una biblioteca sin precedentes de simulaciones numéricas de agujeros negros para compararlos con las observaciones.
La comunidad científica está especialmente satisfecha al disponer por fin de imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de entender cómo se comparan y contrastan. También ha comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre el comportamiento del gas que hay 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 Taipéi. "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 que nunca en la comprobación de cómo se comporta la gravedad en estos casos extremos".
Los avances en el EHT continúan: en marzo de 2022, una gran campaña de observación incluyó más telescopios que nunca. La continua ampliación de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a la comunidad científica obtener, en un futuro, próximo más y mejores imágenes, incluso películas, de agujeros negros.
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 Submillimeter Telescope (SMT) de la Universidad de Arizona y 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 Universidad de Arizona en Kitt Peak.
ALMA es un proyecto conjunto 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 es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), el Observatorio Espacial de Onsala (Suecia) y ESO, y es operado por ESO. IRAM opera el
Telescopio de 30 metros (las organizaciones asociadas al IRAM son MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)). El Observatorio de Asia Oriental opera
JCMT en nombre del Centro de Mega Ciencia Astronómica de la Academia China de Ciencias, NAOJ, ASIAA, KASI, el Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia y organizaciones del Reino Unido y Canadá. el INAOE y la UMass operan el
LMT. El Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian y ASIAA operan el
SMA. La Universidad de Arizona opera el
SMT. La Universidad de Chicago opera el
SPT utilizando instrumentación especializada para el EHT proporcionada por la Universidad de Arizona.
ASIAA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) operan el Telescopio de Groenlandia (
GLT). El GLT es parte del proyecto ALMA-Taiwán, y está financiado parcialmente por la Academia Sinica (AS) y MOST. El IRAM opera
NOEMA y la Universidad de Arizona opera el
telescopio de 12 metros en Kitt Peak.
[2] Investigaciones anteriores sobre Sgr A * proporcionaron una base sólida para la interpretación de esta nueva imagen. La comunidad astronómica sabe de la existencia de la brillante y densa fuente de radio del centro de la Vía Láctea (en la dirección de la constelación de Sagitario) desde la década de 1970. Midiendo las órbitas de varias estrellas 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 Munich, Alemania) y Andrea M. Ghez (Profesora en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Los Ángeles, EE.UU.) fueron capaces de concluir que la explicación más probable para un objeto de esta masa y densidad es un agujero negro supermasivo. Las instalaciones de ESO (incluidos el
Very Large Telescope y el
Very Large Telescope Interferometer) y el Observatorio Keck se utilizaron para llevar a cabo esta investigación, que compartió el
Premio Nobel de Física 2020.
[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.
Comparación del tamaño de los dos agujeros negros captados por la colaboración EHT (Event Horizon Telescope): M87*, en el corazón de la galaxia Messier 87, y Sagitario A* (Sgr A*), en el centro de la Vía Láctea. La imagen muestra la escala de Sgr A* en comparación con M87* y otros elementos del Sistema Solar, como las órbitas de Plutón y Mercurio. También se muestra el diámetro del Sol y la ubicación actual de la sonda espacial Voyager 1, la nave espacial más alejada de la Tierra. M87*, que se encuentra a 55 millones de años luz de distancia, es uno de los agujeros negros más grandes conocidos. Mientras que Sgr A* (a 27 000 años luz de distancia) tiene una masa de aproximadamente cuatro millones de veces la masa del Sol, M87* pesa seiscientas veces esta cifra. Debido a sus distancias relativas de la Tierra, vemos ambos agujeros negros en el cielo como si tuvieran el mismo tamaño.
Crédito: EHT collaboration (acknowledgment: Lia Medeiros,
xkcd)
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Este mapa muestra la ubicación del campo de visión dentro del cual reside Sagitario A* — el hogar del agujero negro está marcado con un círculo rojo dentro de la constelación de Sagitario (el Arquero). Este mapa muestra la mayoría de las estrellas visibles a simple vista bajo buenas condiciones. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope |
