Primera imagen del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea

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Primera imagen de nuestro agujero negro. Crédito: EHT Collaboration

Hoy, en conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluida la sede del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Alemania, los astrónomos han desvelado la primera imagen del agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra Vía Láctea. Este resultado proporciona una evidencia abrumadora de que el objeto es realmente un agujero negro y aporta valiosas pistas sobre el funcionamiento de tales gigantes, que se cree que residen en el centro de la mayoría de las galaxias. Un equipo de investigadores de todo el mundo produjo la imagen de la Colaboración del Horizonte de Sucesos (EHT), utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

La imagen es una mirada largamente esperada al enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los científicos habían visto anteriormente estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy enorme en el centro de la Vía Láctea. Esto sugería fuertemente que este objeto -conocido como Sagitario A* (Sgr A*, pronunciado "sage-ay-star")- es un agujero negro, y la imagen de hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.  

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 desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

"Nos sorprendió lo bien que coincidía el tamaño del anillo con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein", afirmó el científico del proyecto EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipei. "Estas observaciones sin precedentes han mejorado en gran medida nuestra comprensión de lo que ocurre en el centro mismo de nuestra galaxia y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno". Los resultados del equipo del EHT se publican hoy en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.

Como el agujero negro está a unos 27.000 años luz de la Tierra, parece tener en el cielo el mismo tamaño que un donut en la Luna. Para obtener imágenes de él, el equipo creó el potente EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un único telescopio virtual "del tamaño de la Tierra". El EHT observó Sgr A* en múltiples noches de 2017, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un largo tiempo de exposición en una cámara.

Estos paneles muestran las dos primeras imágenes jamás tomadas de agujeros negros. A la izquierda, M87*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), a 55 millones de años luz. A la derecha, Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro situado en el centro de nuestra Vía Láctea. Las dos imágenes muestran los agujeros negros tal y como aparecen en el cielo, con sus anillos brillantes que parecen tener aproximadamente el mismo tamaño, a pesar de que M87* es unas mil veces mayor que Sgr A*. Las imágenes fueron captadas por el Event Horizon Telescope (EHT), una red global de radiotelescopios que incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), del que ESO es copropietario. Crédito: Colaboración EHT

Además de otras instalaciones, la red de radioobservatorios del EHT incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) en el desierto de Atacama, en Chile, de los que ESO es copropietario y coopera en nombre de sus estados miembros en Europa. Europa también contribuye a las observaciones del EHT con otros radioobservatorios -el telescopio IRAM de 30 metros en España y, desde 2018, el Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia-, así como con un superordenador para combinar los datos del EHT alojado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. Además, Europa contribuyó con financiación 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 un papel tan importante en el desentrañamiento de los misterios de los agujeros negros, y de Sgr A* en particular, durante tantos años", comentó el Director General de ESO, Xavier Barcons. "ESO no sólo contribuyó a las observaciones de EHT a través de las instalaciones de ALMA y APEX, sino que también permitió, con sus otros observatorios en Chile, algunas de las anteriores observaciones de vanguardia del centro galáctico".

El logro del EHT sigue a la publicación en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87*, en el centro de la galaxia más lejana Messier 87.

Los dos agujeros negros se parecen notablemente, aunque el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87*. "Tenemos dos tipos de galaxias completamente diferentes y dos masas de agujeros negros muy distintas, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven asombrosamente similares", dice Sera Markoff, copresidente del Consejo Científico del EHT y profesor de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). "Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea a los agujeros negros".

Este logro fue considerablemente más difícil que el de M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico del EHT Chi-Kwan ('CK') Chan, del Observatorio Steward y del Departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, en EE.UU., 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 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, un poco como intentar tomar una foto clara de un cachorro que se persigue rápidamente la cola".

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

El esfuerzo ha sido posible gracias al ingenio de más de 300 investigadores de 80 institutos de todo el mundo que, juntos, forman la Colaboración EHT. Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos de la obtención de imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, utilizando superordenadores para combinar y analizar sus datos, todo ello mientras compilaba una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para compararlos con las observaciones.  

Los científicos están especialmente entusiasmados por tener por fin imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de entender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para poner a prueba las teorías y modelos sobre el comportamiento del gas 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 Taipei. "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 entornos extremos".

El progreso en el EHT continúa: una gran campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La continua expansión de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a los científicos compartir imágenes aún más impresionantes, así como películas de agujeros negros en un futuro próximo.

Fuentes, créditos y referencias:

1. Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi et al. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674
2. Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi et al. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. II. EHT and Multiwavelength Observations, Data Processing, and Calibration. DOI: DOI: 10.3847/2041-8213/ac6675
3. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6429
4. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. IV. Variability, Morphology, and Black Hole Mass. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6736
5. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6672
6. First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric. DOI: 10.3847/2041-8213/ac6756

Fuente: ESO