Un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, dirigido por el profesor de física Charles Gammie, forma parte de una amplia colaboración internacional que ha desvelado la primera imagen del agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. Este resultado proporciona pruebas de que el objeto es realmente un agujero negro y aporta valiosas pistas sobre el funcionamiento de estos gigantes, que los investigadores creen que residen en el centro de la mayoría de las galaxias.
Un equipo mundial de investigadores que participa en la colaboración del Event Horizon Telescope produjo la imagen utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios. Los resultados se publican en seis artículos incluidos en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.
Los científicos ya habían visto estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea. Esta observación sugería fuertemente que el objeto -conocido como estrella Sagitario A- es un agujero negro, y la nueva imagen proporciona la primera evidencia visual directa.
Aunque no podemos ver el agujero negro, los investigadores dijeron que el gas brillante que lo rodea proporciona 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, que es 4 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, dijo el científico del EHT Geoffrey Bower, 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.
Dado que el agujero negro se encuentra a unos 27.000 años luz de distancia, a los observadores de la Tierra les parece que tiene aproximadamente el mismo tamaño que un donut en la Luna. Para obtener imágenes del agujero negro, el equipo creó el EHT, que une ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El EHT observó la estrella Sagitario A durante varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un largo tiempo de exposición en una cámara.
La nueva imagen sigue a la publicación por parte de la colaboración EHT en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado estrella M87, en el centro de la galaxia más distante Messier 87.
Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el radio y la masa del agujero negro de nuestra galaxia son más de mil veces menores que los de la estrella 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, dijo Sera Markoff, el copresidente del consejo científico del EHT y profesor de la Universidad de Ámsterdam. 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 para la estrella M87, aunque la estrella Sagitario A está mucho más cerca de nosotros. El gas en las proximidades de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad -casi tan rápido como la luz- alrededor de la estrella Sagitario A y de la estrella M87, dijo el científico del EHT Chi-kwan Chan, de la Universidad de Arizona. Pero mientras que el gas tarda entre días y semanas en orbitar la estrella M87, de mayor tamaño, en la estrella Sagitario A, mucho más pequeña, completa una órbita en apenas minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de la estrella Sagitario A estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba – un poco como tratar de tomar una foto clara de un cachorro persiguiendo rápidamente su cola.
Los investigadores dijeron que tuvieron que desarrollar nuevas herramientas que explicaran el movimiento del gas alrededor de la estrella Sagitario A. Mientras que la estrella M87 era un objetivo más fácil y estable, en el que casi todas las imágenes tenían el mismo aspecto, ese no era el caso de la estrella Sagitario A. La imagen del agujero negro de la estrella Sagitario 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.
Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos de la obtención de imágenes de la estrella Sagitario A, el equipo trabajó durante cinco años con superordenadores para combinar y analizar sus datos, al tiempo que recopilaba una biblioteca de agujeros negros simulados para compararlos con las observaciones.
Mi grupo y yo hemos pasado más de una década desarrollando técnicas clave en la construcción de modelos de la estrella Sagitario A, dijo Gammie, que contribuyó a la parte de modelado astrofísico de la investigación. Los modelos hacen un excelente trabajo para explicar casi todos los datos. Pero hemos descubierto un misterio: la estrella Sagitario A es mucho más silenciosa de lo que esperábamos.
Los científicos han dicho que están especialmente entusiasmados por tener por fin imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que les permite entender cómo se comparan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar 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, de la Academia Sinica. 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.
Los avances en el EHT continúan: 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 más imágenes y videos de agujeros negros.
Fuentes
University of Illinois Urbana-Champaign | Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Juan Carlos Algaba et al., First Sagittarius A Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole, The Astrophysical Journal Letters, Volume 930, Number 2, DOI:10.3847/2041-8213/ac6672
