En el centro de una galaxia llamada Messier 87, a unos 55 millones de años luz de distancia, sobre la cual gira 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 más 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 proyecto Event Horizon Telescope (EHT), un esfuerzo internacional para obtener una imagen directa de un agujero negro supermasivo con telescopios en todo el mundo.
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 me trajo lágrimas a los ojos. Este es un negocio muy grande."
Seis artículos científicos también se publicaron hoy en el Astrophysical Journal, que detalla las primeras observaciones directas de un agujero negro.
Aunque la luz no puede escapar de un agujero negro en sí mismo, una especie de borde rodea cada agujero negro, conocido como el horizonte de eventos. El agujero negro consume cualquier materia que vaga más allá del horizonte de sucesos, pero a medida que los gases se acumulan justo fuera del horizonte de sucesos, se calientan a cientos de miles de millones de grados, emitiendo una enorme cantidad de radiación a través de la galaxia. El horizonte de eventos alrededor del agujero negro M87 es de aproximadamente 1, 5 días luz de diámetro, o alrededor de 40 mil millones de kilómetros, aproximadamente del 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 existe en el centro de la mayoría de las galaxias, es que la gravedad intensa atrae el gas en las proximidades hacia el agujero negro, y se calienta arriba ", 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 más de 200 científicos internacionales, los datos que pretenden mostrar la primera imagen de un agujero negro están listos. 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 sentido horario. 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 en llamas que rodea el horizonte de eventos de un agujero negro, que los astrónomos llaman "sombra" o "silueta" del agujero negro, no ha resultado 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 atrapar 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 a la Tierra, los astrónomos han conectado algunas de las radios más poderosas telescopios construidos para, en cierto sentido, construir un telescopio del tamaño de la Tierra.
"Hay un campo especial llamado Interferometría de línea de base muy larga, en el que se unen los platos de radio de todo el mundo y se obtienen aumentos extremadamente altos", dice Doeleman. Los observatorios de radioastronomía, desde el Telescopio del Polo Sur hasta el Telescopio de Groenlandia, han contribuido o contribuirán observaciones a EHT. "Con la técnica VLBI, donde haces que toda la Tierra sea un telescopio, necesitas unir platos a ambos lados de la Tierra usando una red de relojes atómicos, y eso es lo que hacemos".
El Event Horizon Telescope recopiló los datos para la primera imagen del agujero negro en 2017. Al usar relojes atómicos para alinear las observaciones en el tiempo y las supercomputadoras para compilar los petabytes de datos, los científicos pueden lograr efectivamente la resolución de un telescopio del tamaño de la Tierra, pero no la capacidad de captar luz, por lo que la técnica solo se puede utilizar para observar objetos muy brillantes. VLBI solo puede recoger ondas de radio en las superficies de los platos, que giran constantemente con la Tierra, manteniendo un ojo en el centro de M87.
El Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), ubicado en el norte de Chile, con la Vía Láctea visible ESO / Y. Beletsky en el cielo. ALMA es el radio observatorio más poderoso de la red Event Horizon Telescope. (ESO / Y. Beletsky) “Puedes pensar en estos telescopios como pequeños pedazos de plata en un espejo del tamaño de la Tierra, y a medida que se mueven trazan hebras de reflectividad, y así terminas tejiendo, o girando, un telescopio del tamaño de la Tierra, casi construyendo una red 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 "simplemente perfecta" para hacer el viaje expansivo desde los bordes de un agujero negro hasta nuestros platos de radio, dice Doeleman. Los observatorios generalmente giran hacia M87 por la noche y durante los meses de marzo y abril, cuando los vapores atmosféricos están en sus niveles más bajos.
El Event Horizon Telescope también ha estado observando a Sagitario A *, el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Sagitario A * (pronunciado "Sagitario A-estrella") es un agujero negro supermasivo mucho menos activo que el del centro de M87. Ubicado a unos 26, 000 años luz de distancia, Sagitario A * es lo suficientemente pequeño como para que parezca del mismo tamaño en el cielo que el M87 mucho más alejado.
Muchos científicos creen que los agujeros negros tienen sentido en el ámbito de la física teórica, pero realmente 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. "Obtiene estos chorros de partículas relativistas, porque, por supuesto, es muy enérgico, que puede fluir durante decenas de miles de años luz", dice Doeleman. "Pueden recorrer toda la galaxia, y es esa liberación de energía a escala galáctica la que puede cambiar la apariencia de toda una galaxia".
La energía de los chorros que fluyen desde 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 aviones llevan 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 sumideros extravagantes en la estructura 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, obstaculizando el crecimiento de las galaxias.
En el centro de un agujero negro, según la teoría general de la relatividad 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 conocidas de la física se rompen. Sin embargo, más cerca del horizonte de eventos, los científicos probarán 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 tanto 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 molesto".
La forma de la luz alrededor del agujero negro, conocida como el anillo de fotones donde la luz orbita alrededor del centro, sirve como la prueba más intensiva 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 círculo alrededor del agujero negro", dice Doeleman. “Es realmente extraordinario: tomas un objeto como un fotón que viaja tan rápido como cualquier cosa puede ir 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. Un círculo completo. Y eso es esencialmente lo que estás viendo. ... Y si pasas por 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 cierta "en uno de los laboratorios más extremos que el universo nos proporciona".
"Creo que le habla al espíritu humano, francamente, que podemos lograrlo", dice Doeleman.
Black Hole Hunters se estrena el viernes 12 de abril a las 9 pm en el Canal Smithsonian.
