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Los astrónomos capturan la primera imagen de un agujero negro | Ciencias

En el centro de una galaxia llamada Messier 87, a unos 55 millones de años luz de distancia, alrededor de la cual orbita toda la materia de la galaxia, se encuentra un monstruo: un agujero negro supermasivo. Con aproximadamente 6.500 millones de veces la masa del sol, el agujero negro en el centro de M87 es tan denso que su velocidad de escape, o la velocidad necesaria para escapar de la gravedad del objeto, es mayor que la velocidad de la luz. En consecuencia, ni siquiera los fotones de luz pueden escapar una vez que se acercan demasiado.

Pero no dejes que el nombre de agujero negro te engañe. En una especie de paradoja de la naturaleza, los agujeros negros, que no permiten que la luz escape, son algunos de los objetos más brillantes del universo, dice Shep Doeleman, investigador principal del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y director del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian. Proyecto Event Horizon Telescope (EHT), un esfuerzo internacional para obtener imágenes directas de un agujero negro supermasivo con telescopios de todo el mundo.

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Hoy, el proyecto EHT, que incluye ocho observatorios y más de 60 instituciones científicas en más de 20 países, lanzó la primera imagen de un agujero negro. Esta es la primera vez que veo esta imagen en este momento, dice France Córdova, directora de la National Science Foundation (NSF), en una conferencia de prensa en el National Press Club. Y trajo lágrimas a mis ojos. Este es un negocio muy grande.





También se han publicado hoy seis artículos científicos en el Diario astrofísico , detallando las primeras observaciones directas de un agujero negro.

Aunque la luz no puede escapar de un agujero negro en sí, una especie de borde rodea a cada agujero negro, conocido como horizonte de eventos. Cualquier materia que se desvíe más allá del horizonte de eventos es consumida por el agujero negro, pero a medida que los gases se acumulan justo fuera del horizonte de eventos, se calientan a cientos de miles de millones de grados, emitiendo una enorme cantidad de radiación a través de la galaxia. El horizonte de sucesos alrededor del agujero negro M87 tiene aproximadamente 1,5 días luz de diámetro, o unos 40 mil millones de kilómetros, aproximadamente el mismo tamaño que nuestro sistema solar.



Lo que uno espera si ve un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, y creemos que existen en el centro de la mayoría de las galaxias, es que la intensa gravedad atrae el gas en las cercanías hacia el agujero negro y se calienta. , Dice Doeleman. Estás tratando de comprimir una gran cantidad de gas en el volumen más pequeño que puedas imaginar ... y todo ese gas muy muy caliente emite [luz].

Después de años de planificación por parte de más de 200 científicos internacionales, los datos supuestamente muestran que la primera imagen de un agujero negro está lista. El equipo se reúne para la gran revelación: es un momento sísmico en astrofísica.

Las observaciones del agujero negro en el centro de M87 revelan que gira en el sentido de las agujas del reloj. En la parte inferior de la imagen, donde el anillo de luz es más brillante, la rotación del agujero negro se mueve hacia nosotros, mientras que la parte del anillo en la parte superior de la imagen se aleja.



Tomar una fotografía del gas ardiente que rodea el horizonte de sucesos de un agujero negro, que los astrónomos llaman la sombra del agujero negro o su silueta, no ha demostrado ser una tarea fácil. El agujero negro M87 está en el centro de la galaxia, velado detrás de estrellas brillantes y grandes franjas de gas y polvo. Para captar los fotones de luz que logran escapar del pozo de gravedad del agujero negro supermasivo, atraído hacia el horizonte de eventos antes de volar 55 millones de años luz a través de M87 y a través del espacio intergaláctico hasta la Tierra, los astrónomos han vinculado algunas de las radios más poderosas. telescopios jamás construidos para, en cierto sentido, construir un telescopio del tamaño de la Tierra.

Existe un campo especial llamado Interferometría de línea de base muy larga, en el que unes antenas parabólicas de todo el mundo y obtienes aumentos extremadamente altos, dice Doeleman. Los observatorios de radioastronomía, desde el South Pole Telescope hasta el Greenland Telescope, han contribuido o contribuirán con observaciones al EHT. Con la técnica VLBI, en la que se convierte toda la Tierra en un telescopio, es necesario conectar antenas parabólicas a ambos lados de la Tierra mediante una red de relojes atómicos, y eso es lo que hacemos.

El Event Horizon Telescope recopiló los datos para la primera imagen de un agujero negro en 2017. Al usar relojes atómicos para alinear las observaciones en el tiempo y supercomputadoras para compilar los petabytes de datos, los científicos pueden lograr de manera efectiva la resolución de un telescopio del tamaño de la Tierra, pero no la capacidad de recolección de luz, por lo que la técnica solo se puede utilizar para observar objetos muy brillantes. VLBI solo puede recolectar ondas de radio en las superficies de los platos, que giran constantemente con la Tierra, vigilando el centro de M87.

ALMA

Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), ubicado en el norte de Chile, con la Vía Láctea visibleESO / Y. Beletsky en el cielo. ALMA es el radioobservatorio más poderoso de la red Event Horizon Telescope.(ESO / Y. Beletsky)

Puede pensar en estos telescopios como pequeños trozos de plata en un espejo del tamaño de la Tierra y, a medida que se mueven, trazan hebras de reflectividad, por lo que terminan tejiendo, o girando, un telescopio del tamaño de la Tierra, casi construyendo un telaraña como lo hace una araña, dice Doeleman.

Los telescopios recogen ondas de radio de frecuencia extremadamente alta (EHF), luz casi infrarroja en el espectro electromagnético, con una longitud de onda de 1,3 milímetros. La frecuencia es perfecta para hacer el viaje expansivo desde los bordes de un agujero negro hasta nuestras antenas parabólicas, dice Doeleman. Los observatorios generalmente giran hacia M87 por la noche y durante los meses de marzo y abril, cuando los vapores de agua atmosférica están en sus niveles más bajos.

El Event Horizon Telescope también ha estado observando Sagitario A *, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Sagittarius A * (pronunciado Sagittarius A-star) es un agujero negro supermasivo mucho menos activo que el que está en el centro de M87. Ubicado a unos 26.000 años luz de distancia, Sagitario A * es lo suficientemente pequeño como para parecer del mismo tamaño en el cielo que el M87 mucho más lejano.

Muchos científicos creen que los agujeros negros tienen sentido en el ámbito de la física teórica, pero en realidad no podrían existir en la vida real. Capturar una imagen de un agujero negro cambiaría todo eso.

Además del brillante horizonte de eventos alrededor del agujero negro M87, el objeto está expulsando chorros de material desde sus polos hacia el espacio. Obtienes estos chorros de partículas relativistas porque, por supuesto, es muy, muy energético, que puede fluir a decenas de miles de años luz, dice Doeleman. Pueden atravesar toda la galaxia, y es esa liberación de energía a escala galáctica la que puede cambiar el aspecto de toda una galaxia.

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La energía de los chorros que salen de un agujero negro supermasivo está determinada por la cantidad de materia que consume el agujero negro, así como por su rotación, campo magnético y otras propiedades. Los chorros transportan el equivalente a 10 mil millones de supernovas en energía, dice Sera Markoff, miembro del consejo científico de EHT y profesora de la Universidad de Amsterdam, en la conferencia de prensa. Estos extraños sumideros en el tejido del espacio-tiempo tienen muchas consecuencias por sí mismos, dice Markoff. Cuando un agujero negro arroja enormes cantidades de energía, evita que los gases alrededor del horizonte de eventos formen nuevas estrellas, lo que obstaculiza el crecimiento de las galaxias.

En el centro de un agujero negro, según la teoría de la relatividad general de Einstein, hay un punto de singularidad donde toda la materia del objeto se condensa en un volumen tan pequeño que la densidad es esencialmente infinita. En este punto, se cree que las leyes físicas conocidas se rompen. Sin embargo, más cerca del horizonte de eventos, los científicos sondearán la forma de la silueta del agujero negro para probar las leyes de la relatividad.

Tengo que admitir que me sorprendió un poco que coincidiera tan estrechamente con las predicciones que habíamos hecho, dice Avery Broderick, astrofísico de EHT y profesor asociado de la Universidad de Waterloo, en la conferencia de prensa. Es gratificante pero también un poco perturbador.

La forma de la luz alrededor del agujero negro, conocida como el anillo de fotones donde la luz orbita el centro, sirve como la prueba más intensa de las teorías de la gravedad de Einstein jamás realizada.

Una de las razones por las que ves ese anillo de luz es que esa es la órbita en la que los fotones están obligados a moverse en un círculo alrededor del agujero negro, dice Doeleman. Es realmente extraordinario: tomas un objeto como un fotón que viaja tan rápido como cualquier cosa en el universo, lo más rápido que puedes moverte, y luego te das cuenta de que hay un objeto llamado agujero negro que hará que ese rayo de luz se doble en un círculo completo. Y eso es esencialmente lo que estás viendo. ... Y si analizas las ecuaciones de Einstein, esa es una órbita muy especial.

Ver el anillo alrededor de un agujero negro, su sombra recortada contra el cosmos, ha confirmado que la física teórica establecida hace más de 100 años todavía es válida en uno de los laboratorios más extremos que el universo nos proporciona.

Creo que le habla al espíritu humano, francamente, que podamos lograrlo, dice Doeleman.

Cazadores de agujeros negros se estrena el viernes 12 de abril a las 9 p.m. en el canal Smithsonian.





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