Lo que realmente muestra la imagen del agujero negro de la Vía Láctea | Ciencias

Los agujeros negros mantienen sus secretos ocultos. Aprisionan para siempre todo lo que entra. La luz en sí misma no puede escapar de la atracción hambrienta de un agujero negro.

Parecería, entonces, que un agujero negro debería ser invisible, y tomar una foto imposible. Tanta fanfarria acompañó el lanzamiento en 2019 de la primera imagen de un agujero negro. Luego, en la primavera de 2022, los astrónomos revelaron otra foto de un agujero negro, esta vez del centro de nuestra propia Vía Láctea.

La imagen muestra una mancha naranja con forma de rosquilla que se parece notablemente a la imagen anterior del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87. Pero el agujero negro de la Vía Láctea, Sagitario A*, en realidad es mucho más pequeño que el primero y fue más difícil de ver, ya que requería mirar a través del disco brumoso de nuestra galaxia. Entonces, aunque las observaciones de nuestro propio agujero negro se realizaron al mismo tiempo que las de M87, se necesitaron tres años más para crear la imagen. Hacerlo requirió una colaboración internacional de cientos de astrónomos, ingenieros e informáticos, y el desarrollo de sofisticados algoritmos informáticos para reconstruir la imagen a partir de los datos sin procesar.

Estas “fotos”, por supuesto, no muestran directamente un agujero negro, definido como la región del espacio dentro de una barrera de punto de no retorno conocida como horizonte de eventos. De hecho, registran porciones del panqueque plano de plasma caliente que gira alrededor del agujero negro a altas velocidades en lo que se conoce como el disco de acreción. El plasma está compuesto de partículas cargadas de alta energía. A medida que el plasma gira en espiral alrededor del agujero negro, sus partículas aceleradas emiten ondas de radio. El anillo naranja borroso que se ve en las imágenes es una reconstrucción elaborada de estas ondas de radio capturadas por ocho telescopios dispersos alrededor de la Tierra, conocidos colectivamente como el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT).

La última imagen cuenta la historia del viaje épico de las ondas de radio desde el centro de la Vía Láctea, brindando detalles sin precedentes sobre Sagitario A*. La imagen también constituye “una de las pruebas visuales más importantes de la relatividad general”, nuestra mejor teoría actual de la gravedad, dice Sera Markoff, astrofísica de la Universidad de Amsterdam y miembro de la colaboración EHT.

Estudiar agujeros negros supermasivos como Sagitario A* ayudará a los científicos a aprender más sobre cómo evolucionan las galaxias con el tiempo y cómo se congregan en vastos cúmulos en todo el universo.

Desde el núcleo galáctico

Sagitario A* es 1600 veces más pequeño que el agujero negro de Messier 87 que se tomó en 2019, y también está unas 2100 veces más cerca de la Tierra. Eso significa que los dos agujeros negros parecen tener aproximadamente el mismo tamaño en el cielo. Geoffrey Bower, científico del proyecto EHT en el Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica en Taiwán, dice que la resolución requerida para ver a Sagitario A* desde la Tierra es la misma que se requeriría para tomar una fotografía de una naranja en la superficie del Luna.

El centro de nuestra galaxia está a 26.000 años luz de nosotros, por lo que las ondas de radio recopiladas para crear esta imagen se emitieron en la época en que se construyó uno de los primeros asentamientos humanos permanentes conocidos. El viaje de las ondas de radio comenzó cuando se emitieron por primera vez a partir de partículas en el disco de acreción del agujero negro. Con una longitud de onda de aproximadamente 1 mm, la radiación viajó hacia la Tierra relativamente sin ser perturbada por el gas y el polvo galácticos intermedios. Si la longitud de onda fuera mucho más corta, como la luz visible, las ondas de radio se habrían dispersado por el polvo. Si la longitud de onda fuera mucho más larga, las ondas habrían sido dobladas por nubes cargadas de plasma, distorsionando la imagen.

Finalmente, después del viaje de 26.000 años, las ondas de radio fueron captadas y registradas en los observatorios de radio distribuidos por todo el planeta. La gran separación geográfica entre los observatorios fue esencial: permitió al consorcio de investigadores detectar diferencias extremadamente sutiles en las ondas de radio recolectadas en cada sitio a través de un proceso llamado interferometría. Estas pequeñas diferencias se utilizan para deducir las minúsculas diferencias en la distancia que cada onda de radio viajó desde su fuente. Usando algoritmos informáticos, los científicos lograron decodificar las diferencias de longitud de trayectoria de las ondas de radio para reconstruir la forma del objeto que las emitía.

Los investigadores pusieron todo esto en una imagen de color falso, donde el naranja representa ondas de radio de alta intensidad y el negro representa baja intensidad. “Pero cada telescopio solo capta una pequeña fracción de la señal de radio”, explica Fulvio Melia, astrofísico de la Universidad de Arizona que ha escrito sobre el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia. Debido a que nos estamos perdiendo gran parte de la señal, “en lugar de ver una foto nítida, ves algo que está un poco nublado… un poco borroso”.

La imagen ayuda a revelar más sobre el horizonte de eventos del agujero negro, el punto más cercano al que cualquier cosa puede acercarse al agujero negro sin ser absorbido. Más allá del horizonte de eventos, ni siquiera la luz puede escapar.

A partir de la imagen, los científicos han podido estimar mejor el tamaño del horizonte de sucesos y deducir que el disco de acreción está inclinado más de 40 grados con respecto al disco de la Vía Láctea, de modo que estamos viendo la cara redonda del disco de acreción plano. , en lugar de la delgada astilla de su borde.

Pero incluso si el disco de acreción del agujero negro estuviera orientado de canto en relación con la Tierra, la gravedad alrededor del agujero negro deforma tanto el espacio a su alrededor que la luz emitida desde la parte trasera del agujero negro se doblaría para venir hacia nosotros, haciendo que una imagen en forma de anillo independientemente de su orientación. Entonces, ¿cómo saben los científicos su orientación? Porque el anillo es mayormente redondo; si estuviéramos viendo el disco de acreción de canto, entonces el anillo sería más aplastado y oblongo.

Markoff cree que esta nueva capacidad de observar el corazón de nuestra galaxia ayudará a llenar los vacíos en nuestra comprensión de la evolución de las galaxias y la estructura a gran escala del universo. Un objeto masivo y denso, como un agujero negro en el centro de una galaxia, influye en los movimientos de las estrellas y el polvo cerca de él, y eso influye en cómo cambia la galaxia con el tiempo. Las propiedades del agujero negro, como en qué dirección gira, dependen de la historia de sus colisiones, tal vez con estrellas u otros agujeros negros. “Mucha gente… mira el cielo y piensa que todo está estático, ¿verdad? Pero no lo es. Es un gran ecosistema de cosas que está evolucionando”, dice Markoff.

Hasta ahora, el hecho de que la imagen coincida con las expectativas de los científicos con tanta precisión la convierte en una confirmación importante de las teorías actuales de la física. “Esta ha sido una predicción que hemos tenido durante dos décadas”, dice Bower, “que veríamos un anillo de esta escala. Pero, ya sabes, ver para creer”.

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