Obtenida con éxito la primera imagen de un agujero negro

La primera imagen de un agujero negro jamás tomada, ha sido publicada hoy en una conferencia de prensa de cita internacional:

Este logro monumental ha sido posible gracias al proyecto internacional para formar una especie de telescopio virtual de escala planetaria llamado Event Horizon Telescope, o EHT, que es una serie global de radiotelescopios que involucra a docenas de instituciones y cientos de científicos. Después de dos años de procesar los datos y generar las imágenes, el momento histórico por fin ha llegado.

                           

Focus on EHT

El descubrimiento revolucionario del EHT es la imagen del agujero negro supermasivo de la galaxia Messier 87 (M87) en el centro del cúmulo de galaxias de Virgo, a 55 millones de años luz de distancia. Este agujero negro contiene 6,5 mil millones de veces la masa de nuestro Sol.

 

El agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87 está desplazado del centro de la galaxia. A la derecha hay una imagen a gran escala de la galaxia M87 tomada en 1998 con la Cámara Planetaria de Campo Ancho 2. Las dos imágenes de la izquierda muestran una imagen tomada en 2006 con la Cámara Avanzada para Estudios del Hubble. La posición del agujero negro supermasivo está indicada por el punto negro en el panel inferior izquierdo, y el chorro (HST-1) también se indica en este panel. El punto rojo indica el centro de la distribución de luz de la galaxia, que está compensada con respecto a la posición del agujero negro en aproximadamente 22 años luz. Fuente: Hubble Telescope.

Los agujeros negros son objetos cósmicos extremadamente comprimidos, que contienen cantidades extraordinarias de masa dentro de una pequeña región. Esta masa está cubierta por un horizonte de sucesos, es decir, el límite más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar de su poderosa atracción gravitacional.

Sabemos que la presencia de estos objetos afecta a sus alrededores de manera extrema, incluyendo la deformación del espacio-tiempo y el calentamiento del material circundante a cientos de miles de millones de grados. La Relatividad General predice que un agujero negro proyectará una sombra circular sobre este material brillante, y la imagen evidencia que efectivamente, eso es lo que ocurre, confirmando la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que se utilizó para predecirlos hace más de un siglo.

«Durante décadas, hemos estudiado cómo los agujeros negros tragan el material y potencian los corazones de las galaxias», dijo Ramesh Narayan, profesor de la Universidad de Harvard y líder en el trabajo teórico del EHT. «Ver finalmente un agujero negro en acción, como dobla la luz cercana en un anillo brillante, es una confirmación asombrosa de que existen agujeros negros supermasivos y coinciden con la apariencia esperada de nuestras simulaciones».

Para hacer esta imagen, se requiere un telescopio con una resolución sin precedentes, para que pueda detectar detalles finos. Para crear esto, el EHT combina las señales de una serie de ocho telescopios existentes en todo el mundo, incluida la matriz de submilimétrica.(SMA), ubicado en Maunakea en Hawai. Como explicó el ingeniero de CfA, Jonathan Weintroub: “La resolución del EHT depende de la separación entre los telescopios, denominada línea de base, así como de las cortas longitudes de onda de radio milimétricas observadas. La mejor resolución en el EHT proviene de la línea de base más larga, que para M87 se extiende desde Hawai hasta España. Weintroub, quien co-coordina el Grupo de Desarrollo de Instrumentos de EHT, agregó: «Para optimizar la sensibilidad, haciendo posible las detecciones, desarrollamos un sistema especializado que agrega las señales de todos los platos de SMA disponibles en Maunakea. En este modo, el SMA actúa como una sola estación EHT «.

Después de registrar por separado las señales en los ocho telescopios, los datos se transfieren a una única ubicación para ser combinados computacionalmente en lo que se mediría con un telescopio del tamaño de la Tierra. «El EHT registra millones de gigabytes de datos de muchos telescopios que no fueron diseñados originalmente para funcionar juntos», explica Lindy Blackburn, quien dirigió el equipo de EHT para el procesamiento y calibración de datos. «Desarrollamos múltiples vías para procesar y calibrar los datos, utilizando nuevos algoritmos para estabilizar computacionalmente la atmósfera de la Tierra y alinear con precisión las señales de todos los sitios».

Convertir los datos de EHT en una imagen ha requerido el desarrollo de nuevos métodos y procedimientos.»Para confirmar nuestros resultados, comparamos imágenes entre cuatro grupos independientes de científicos que utilizan tres métodos de imágenes diferentes» dice Andrew Chael, un estudiante graduado de Harvard en  Center for Astrophysics (CfA), quien desarrolló una nueva biblioteca de software de imágenes para el EHT.

Para complementar los hallazgos de EHT, varias naves espaciales de la NASA también han formado parte del gran esfuerzo, coordinado por el Grupo de trabajo de longitud de onda múltiple de EHT, para observar el agujero negro utilizando diferentes longitudes de onda de la luz. Como parte de este esfuerzo, el observatorio espacial de rayos X Chandra , la matriz de telescopios espectroscópicos nucleares (NuSTAR) y el telescopio espacial Swift Observatory de Neil Gehrels, todos en sintonía con diferentes variedades de luz de rayos X, dirigieron su mirada al agujero negro de M87  al mismo tiempo que el Event Horizon Telescope en abril de 2017. Si EHT observa cambios en la estructura del entorno del agujero negro, los datos de estas misiones y otros telescopios se usan para ayudar a determinar qué está sucediendo.

Imagen de cerca del centro de la galaxia
Chandra X-ray Observatory: primer plano del núcleo de la galaxia M87. Créditos: NASA / CXC / Villanova University / J. Neilsen

Usando datos de los satélites Chandra y NuSTAR de la NASA para medir el brillo de los rayos X del chorro de M87. Los científicos utilizaron esta información para comparar sus modelos del chorro y disco alrededor del agujero negro con las observaciones EHT, de esta forma pueden surgir otras ideas a medida que los investigadores continúan estudiando detenidamente estos datos.

Todavía nos quedan muchas preguntas pendientes sobre los agujeros negros que las observaciones coordinadas de la NASA pueden ayudar a responder. Los misterios persisten acerca de por qué las partículas obtienen un impulso de energía tan grande alrededor de los agujeros negros, formando esos chorros que se alejan de los polos de los agujeros negros casi a la velocidad de la luz, o cuando el material cae en el agujero negro, ¿a dónde va la energía?.

«Los rayos X nos ayudan a conocer lo que está sucediendo con las partículas cerca del horizonte de sucesos, con lo que podemos medir con nuestros telescopios», dijo Joey Neilsen, astrónomo de la Universidad de Villanova en Pennsylvania, quien dirigió los análisis de Chandra y NuSTAR en nombre del  EHT. Grupo de trabajo de longitud de onda múltiple.

Imagen etiquetada de cerca del centro de la galaxia

Los telescopios espaciales de la NASA han estudiado previamente el chorro que se extiende a más de 1.000 años luz del centro de  M87 . El chorro está hecho de partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz, disparando a altas energías desde cerca del horizonte de sucesos. El EHT fue diseñado en parte para estudiar el origen de este chorro y otros similares. Una masa de materia en el chorro llamada HST-1, descubierta por los astrónomos del Hubble en 1999, que ha experimentado  un misterioso ciclo de iluminación y atenuación .

Chandra, NuSTAR y Swift, así como el experimento de la NASA Neutron star Interior Composition Explorer (NICER) en la Estación Espacial Internacional, también observaron el agujero negro del centro de nuestra propia galaxia Vía Láctea, llamada Sagittarius A *, en coordinación con EHT .

Las observaciones del EHT utilizan una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés) que sincroniza las instalaciones de los telescopios de todo el mundo y explota la rotación de nuestro planeta para formar un enorme telescopio del tamaño de la Tierra al observar una longitud de onda de 1.3 mm. VLBI permite que el EHT logre una resolución angular de 20 microarcosegundos, suficiente para leer un periódico en Nueva York desde París.

Los telescopios que han contribuido a este resultado son: ALMA , APEX , el telescopio IRAM de 30 metros , el telescopio James Clerk Maxwell, el gran telescopio milimétrico Alfonso Serrano , la matriz Submillimeter , el telescopio Submillimeter y el telescopio del Polo Sur [7]. Los petabytes de datos sin procesar de los telescopios se combinaron mediante supercomputadoras altamente especializadas organizadas por el Instituto Max Planck de Radioastronomía y el Observatorio del Haystack MIT .

La construcción del EHT y las observaciones anunciadas hoy representan la culminación de décadas de trabajo observacional, técnico y teórico. Este ejemplo de trabajo en equipo global requirió una estrecha colaboración de investigadores de todo el mundo. Trece instituciones asociadas trabajaron juntas para crear el EHT, utilizando tanto la infraestructura preexistente como el apoyo de una variedad de agencias. La Fundación de Ciencia Nacional de los Estados Unidos (NSF), el Consejo Europeo de Investigación de la UE (ERC) y los organismos de financiación de Asia Oriental proporcionaron fondos clave.

Notas

[1] La sombra de un agujero negro es lo más cerca que podemos acercarnos a una imagen del propio agujero negro, un objeto completamente oscuro del que la luz no puede escapar. El límite del agujero negro, el horizonte de sucesos desde el cual el EHT toma su nombre, es aproximadamente 2.5 veces más pequeño que la sombra que proyecta y mide casi 40 mil millones de kilómetros de ancho.

[2] Los agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos relativamente pequeños, lo que los ha hecho imposibles de observar directamente hasta ahora. Como el tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, cuanto más masivo sea un agujero negro, mayor será la sombra. Gracias a su enorme masa y proximidad relativa, se pronosticó que el agujero negro de M87 sería uno de los más grandes visibles desde la Tierra, lo que lo convierte en un objetivo perfecto para el EHT.

[3] Aunque los telescopios no están conectados físicamente, son capaces de sincronizar sus datos grabados con los relojes atómicos, los masers de hidrógeno , que cronometran sus observaciones con precisión. Estas observaciones se recopilaron a una longitud de onda de 1,3 mm durante una campaña global de 2017. Cada telescopio del EHT produjo enormes cantidades de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, que se almacenaron en discos duros llenos de helio de alto rendimiento. Estos datos se enviaron a supercomputadores altamente especializados, conocidos como correladores, en el Instituto Max Planck de Radioastronomía y en el Observatorio Haystack MIT que se combinarán. Luego se convirtieron meticulosamente en una imagen utilizando nuevas herramientas computacionales desarrolladas por la colaboración.

[4] Hace 100 años, dos expediciones partieron hacia la isla de Príncipe frente a la costa de África y Sobra en Brasil para observar el eclipse solar de 1919 , con el objetivo de probar la relatividad general viendo si la luz de las estrellas se doblaría alrededor de la extremidad de El sol, según lo predicho por Einstein. En un eco de esas observaciones, el EHT ha enviado a los miembros del equipo a algunas de las instalaciones de radio más altas y aisladas del mundo para probar una vez más nuestra comprensión de la gravedad.

[5] El socio del Observatorio de Asia Oriental (EAO) en el proyecto EHT representa la participación de muchas regiones en Asia, incluyendo China, Japón, Corea, Taiwán, Vietnam, Tailandia, Malasia, India e Indonesia.

[6] Las futuras observaciones de EHT aumentarán considerablemente la sensibilidad con la participación del Observatorio IRAM NOEMA , el Telescopio de Groenlandia y el Telescopio Kitt Peak .

[7] ALMA es una asociación del Observatorio Europeo Austral (ESO; Europa, que representa a sus estados miembros), la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón, junto con el National Research Consejo (Canadá), el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST; Taiwán), Academia Sinica Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA; Taiwán) y Corea Instituto de Astronomía y Ciencia del Espacio (KASI; República de Corea), en cooperación con la República de chile. APEX es operado por ESO , el telescopio de 30 metros es operado por IRAM (las Organizaciones Asociadas de IRAM son MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)),James Clerk Maxwell Telescope es operado por la EAO , el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es operado por INAOE y UMass , el Submillimeter Array es operado por SAO y ASIAA y el Submillimeter Telescope es operado por el Arizona Radio Observatory (ARO). El telescopio del Polo Sur está operado por la Universidad de Chicago con instrumentos especializados en EHT proporcionados por la Universidad de Arizona.

Todos los datos e imágenes al detalle, han sido publicados en the astrophysical journal Letters:

Primeros resultados del telescopio EHT.

La Sombra del Agujero Negro Supermasivo.

Array e instrumentación.

Procesamiento de datos y calibración.

Imágenes del Agujero Negro Supermasivo Central.

Origen físico del anillo asimétrico.

La sombra y la masa del agujero negro central.

eventhorizontelescope.org

-cfa.harvard.edu.

 

 

 

 

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