Revelada la primera imagen del agujero negro en el corazón de la Vía Láctea

El misterio en el corazón de la Vía Láctea finalmente se ha resuelto. Esta mañana, en conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, los astrónomos del Event Horizon Telescope (EHT) revelaron la primera imagen de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. No es la primera foto de un agujero negro que nos brinda esta colaboración: esta fue la imagen icónica de M87*, que presentaron el 10 de abril de 2019. Pero es la que más querían. Sagitario A* es nuestro propio agujero negro supermasivo privado, el punto inmóvil alrededor del cual gira nuestra galaxia.

Los científicos han pensado durante mucho tiempo que un agujero negro supermasivo escondido en lo profundo de la caótica región central de nuestra galaxia era la única explicación posible para las cosas extrañas que suceden allí, como estrellas gigantes. disparando alrededor de un invisible alguna cosa en el espacio a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Sin embargo, dudaron en decir esto abiertamente. Por ejemplo, cuando los astrónomos Reinhard Genzel y Andrea Ghez compartieron una parte del Premio Nobel de Física 2020 por su trabajo sobre Sagitario A*, su cotización especificada que fueron premiados por el «descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia», no por la revelación de un «agujero negro». El tiempo para ese tipo de precaución ha expirado.

Los agujeros negros atrapan todo lo que cae, incluida la luz, por lo que son, en un sentido muy real, invisibles. Pero distorsionan el espacio-tiempo a su alrededor tan severamente que cuando son iluminados por brillantes corrientes de materia que caen cortadas en su agarre gravitacional, proyectan una «sombra». La sombra es aproximadamente dos veces y media más larga que el horizonte de eventos de un agujero negro: su límite y su característica definitoria, la línea en el espacio-tiempo a través de la cual nada de lo que pasa puede regresar.

El EHT captura imágenes de esta sombra utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI), que combina observatorios de radio en múltiples continentes para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, un instrumento con la resolución más alta en toda la astronomía. En abril de 2017, la colaboración EHT pasó varias noches apuntando este instrumento virtual a Sagitario A* y otros agujeros negros supermasivos. Ya hemos visto el primer producto terminado de este esfuerzo: M87*. El equipo también capturó los datos sin procesar de la imagen Sagittarius A* en la misma campaña, pero convertir estas observaciones en una imagen real llevó mucho más tiempo.

Eso es porque Sagitario A* está cambiando constantemente. M87*, el agujero negro en el corazón de la galaxia Messier 87, o M87, es tan grande que la materia que gira a su alrededor tarda muchas horas en completar una órbita completa. En términos prácticos, esto significa que puede mirarlo durante mucho tiempo y apenas cambiará. Sagitario A* es más de 1000 veces menos masivo, por lo que cambia unas 1000 veces más rápido a medida que la materia se mueve en órbitas más estrechas y rápidas alrededor del agujero negro. Imagínese tomar una fotografía de lapso de tiempo de una bala a toda velocidad; hacerlo no es fácil. Es por eso que extraer una imagen clara de Sagitario A* de los datos recopilados en la serie de observación de 2017 ha sido un trabajo de varios años.

Si la naturaleza mercurial de Sagitario A* dificultaba la visión, también lo convierte en un emocionante laboratorio para futuros estudios sobre los agujeros negros y la teoría general de la relatividad de Einstein, su sagrada teoría de la gravedad. A través de décadas de estudio con todo tipo de telescopios, los astrónomos ya conocían las medidas básicas de Sagitario A* (su masa, diámetro y distancia a la Tierra) con gran precisión. Ahora, finalmente, han obtenido la capacidad de verlo evolucionar, ver cómo se alimenta de corrientes intermitentes de materia en llamas, en tiempo real.

Levantando un velo de muchas capas

Los científicos comenzaron a sospechar que un agujero negro acechaba en el corazón de la Vía Láctea a principios de la década de 1960, poco después del descubrimiento de núcleos galácticos activos, regiones extremadamente brillantes en los núcleos de algunas galaxias iluminadas por agujeros negros supermasivos que se alimentaban vorazmente. Desde nuestra perspectiva aquí en la Tierra, los núcleos galácticos activos son cosa del pasado: solo los vemos en el universo distante. ¿A donde se fueron todos? En 1969, el astrofísico inglés Donald Lynden-Bell argumentó que no iban a ninguna parte. En cambio, dijo, simplemente se fueron a dormir después de sus copiosas comidas: predijo que los agujeros negros supermasivos inactivos están durmiendo a nuestro alrededor en los corazones de las galaxias espirales, incluida la nuestra.

En 1974, los astrónomos estadounidenses Bruce Balick y Robert Brown apuntaron con radiotelescopios a Green Bank, W. Va., en el centro de la Vía Láctea y descubrieron una mancha oscura que sospecharon que era el agujero negro central de nuestra galaxia. Encontraron el lugar en una porción del cielo conocida como Sagitario A. La radiación de la nueva fuente estaba iluminando, o «emocionando», nubes de hidrógeno a su alrededor. Brown tomó prestada la nomenclatura de la física atómica, en la que los átomos excitados están marcados con un asterisco, y llamó al punto recién descubierto Sagitario A*.

Durante las siguientes dos décadas, los radioastrónomos continuaron mejorando gradualmente su visión de Sagitario A*, pero se vieron limitados por la falta de telescopios adecuados, una tecnología relativamente primitiva (piense en una cinta magnética de carrete a carrete) y la dificultad inherente de mirar el centro galáctico.

Sagitario A* está oculto por un velo de múltiples capas. La primera capa es el plano galáctico: 26 000 años luz de gas y polvo que bloquean la luz visible. Las ondas de radio navegan por el plano galáctico sin obstáculos, pero quedan oscurecidas por la segunda capa del velo: la pantalla de dispersión, un tramo turbulento del espacio donde las variaciones de densidad en el medio interestelar desvían ligeramente las ondas de radio. La capa final que oculta a Sagitario A* es la materia borrada que rodea al propio agujero negro. Mirar a través de esa barrera es un poco como quitarle la piel a una cebolla. Las capas exteriores emiten luz de longitud de onda más larga, por lo que hacer que el VLBI funcione con luz de longitud de onda más corta permitiría obtener vistas más cercanas del horizonte de sucesos del agujero negro. Esto, sin embargo, fue un gran desafío tecnológico.

Los astrónomos que usaron técnicas diferentes a VLBI inicialmente tuvieron más éxito, reuniendo evidencia indirecta de que el «punto» de Sagitario A* era en realidad un agujero negro supermasivo en ebullición. En la década de 1980, el físico Charles Townes y sus colegas demostraron que las nubes de gas en el centro galáctico se movían de una manera que solo tenía sentido si estaban bajo la influencia de una gran masa gravitatoria invisible. Y en la década de 1990, Ghez y Genzel comenzaron a rastrear de forma independiente las órbitas de estrellas azules gigantes en el centro galáctico, mapeando su movimiento alrededor de un punto de pivote pesado pero oculto.

Mientras tanto, la situación de los radioastrónomos ha mejorado. A fines de la década de 1990 y principios de la de 2000, comenzó a funcionar una nueva generación de radiotelescopios de alta frecuencia: telescopios que, si se complementan con una gran cantidad de equipos a medida, podrían operar en las frecuencias de microondas que se cree que brillan en el borde de Sagitario A. * sombra. Al mismo tiempo, la revolución informática que condujo a discos duros de estado sólido y teléfonos inteligentes en todos los bolsillos aumentó enormemente la cantidad de datos que cada observatorio en una red de radiotelescopios podría registrar y procesar.

En 2007, un pequeño precursor del EHT aprovechó estas tendencias y utilizó un trío de telescopios en Hawái, California y Nuevo México para perforar el velo alrededor de Sagitario A*. Estaban lejos de hacer una imagen, pero vieron alguna cosa.

Los científicos saben desde hace algún tiempo que un agujero negro debería, bajo ciertas circunstancias, proyectar sombras visibles. En 1973, el físico James Bardeen predijo que un agujero negro frente a un fondo brillante mostraría su silueta, aunque decidió que “no parece haber esperanza de observar este efecto.” Y en 2000, los astrofísicos Heino Falcke, Fulvio Melia y Eric Agol demostraron que un radiotelescopio del tamaño de la Tierra podía ver la sombra de Sagitario A* contra el resplandor del anillo circundante de materia fragmentada.

Media década después, unas pocas docenas de astrónomos y astrofísicos que trabajaban en este oscuro rincón de la astronomía acordaron el objetivo formal de construir un radiotelescopio virtual a escala planetaria para observar esta sombra. La primera reunión oficial de lanzamiento del proyecto tuvo lugar en enero de 2012 y nació el EHT.

Cinco años más tarde, después de convertirse en una colaboración de más de 200 científicos con ocho observatorios participantes en todo el mundo, el equipo tomó su primera foto realista de ver la sombra de Sagitario A*. Más de 10 días en abril de 2017, Telescopios en América del Norte, América del Sur, Hawái, Europa y la Antártida se acercaron colectivamente al centro galáctico y otros agujeros negros, reuniendo 65 horas de datos en 1.024 discos duros de ocho terabytes, que se enviaron a bancos de supercomputadoras en Massachusetts y Alemania para su correlación. Cinco años después qué, los investigadores de EHT le mostraron al mundo que su experimento funcionó.