El Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT por sus siglas en inglés) ha permitido obtener la primera imagen real de un agujero negro de la historia. Las características observadas confirman las predicciones de Einstein en su Teoría de la Relatividad de 1915.
La imagen muestra, en realidad, la sombra del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de Messier 87 (M87), una galaxia masiva situada en el cercano cúmulo de galaxias Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol.
Los investigadores del EHT han revelado sus hallazgos en seis conferencias de prensa simultáneas celebradas este miércoles, 10 de abril, en Bruselas (Bélgica), Washington DC (Estados Unidos), Santiago de Chile (Chile), Shanghái, Taipei (China) y Tokio (Japón).
“Se trata de un hito histórico en astronomía, obtenido por un equipo de más de 200 investigadores”, ha explicado el director del EHT, Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian (Estados Unidos). Entre ellos, hay astrónomos españoles del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), el Instituto Geográfico Nacional, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica y la Universidad de Valencia.
Desde la sede del CSIC en Madrid, algunos de estos investigadores han explicado su participación en el proyecto y las implicaciones de los recientes descubrimientos. “Hemos tenido recientemente resultados espectaculares en astronomía, como la detención de las ondas gravitacionales y la primera imagen de un agujero negro, con las que hemos puesto a prueba la Teoría de la la relatividad general de Einstein”, ha apuntado Antxon Alberdi, del Instituto de Astrofísica de Andalucía.
La sombra del agujero
“La gravedad de los agujeros negros es tan intensa, que ni siquiera la luz puede escapar de ellos”, ha explicado José Luis Gómez, investigador del CSIC en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). Por eso, su sombra es lo más cerca que podemos acercarnos a una imagen del propio agujero. El límite u horizonte de sucesos del agujero negro de Messier 87 es aproximadamente 2,5 veces más pequeño que la sombra que proyecta y mide casi 40 mil millones de kilómetros de ancho.
Los agujeros negros son tan masivos y compactos, que su presencia afecta a su entorno de forma extrema, curvando el espacio-tiempo y sobrecalentando cualquier material colindante.
“Cuando se encuentra inmerso en una región brillante, como un disco de gas incandescente, esperamos que un agujero negro genere una región oscura similar a la de una sombra, algo ya predicho por la relatividad general de Einstein que nunca habíamos visto hasta ahora”, ha explicado el director del consejo científico del EHT, Heino Falcke, de la Universidad de Radboud (Países Bajos).
“Esta sombra, causada por la curvatura gravitacional y la absorción de luz por el horizonte de sucesos, revela mucho sobre la naturaleza de esos fascinantes objetos y nos ha permitido medir la colosal masa del agujero negro de la galaxia M87”, ha detallado.
La parte inferior del disco de la imagen es más brillante que la superior, lo que sugiere que el agujero negro tiene rotación, y estamos ante un agujero negro de Kerr. Esto lo diferencia de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea y que es de tipo Schwarzschild (agujero negro estático).
El Telescopio Horizonte de Sucesos
El EHT conecta las señales de los radiotelescopios, repartidos por todo el planeta, para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución sin precedentes, gracias a la técnica de la interferometría de muy larga base (VLBI). Esta sincroniza telescopios por todo el mundo y aprovecha la rotación de la Tierra para formar este gigantesco telescopio virtual.
Según Iván Martí-Vidal, del Instituto Geográfico Nacional (IGN), la técnica permite al EHT alcanza una resolución angular de sólo 20 microsegundos de arco, suficiente para poder observar desde la Tierra una pelota de tenis en la superficie lunar.
La creación del EHT ha supuesto un gran reto, que requirió modernizar y conectar una red mundial de ocho telescopios ya existentes situados en zonas remotas a una gran altitud. Estas localizaciones incluyen volcanes en Hawái (Estados Unidos) y México, montañas en Arizona (Estados Unidos) y Sierra Nevada (Granada, España), el desierto chileno de Atacama y la Antártida.
“La participación del IRAM en el Telescopio Horizonte de Sucesos ha sido fundamental para la obtención de la imagen”, ha explicado Rebecca Azulay, de la Universidad de Valencia. “Los telescopios responsables de las líneas de base más largas son el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array o ALMA (en Chile) y el IRAM 30 metros (en España). Sin el segundo, perdemos resolución este-oeste”. Esto impediría la reconstrucción de la imagen del anillo de M87.
Trabajo de análisis
La observación, en realidad, se produjo el 11 de abril de 2017. Los investigadores han realizado un intenso trabajo de recopilación y análisis de los datos obtenidos de más de 50.000 imágenes proporcionadas por la red internacional de telescopios. Múltiples observaciones independientes del EHT, analizadas cada una con distintos métodos de reconstrucción de imágenes, han revelado esa estructura en forma de anillo con una región oscura central: la sombra del agujero negro.
“Una vez seguros de que habíamos captado la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con una amplia serie de simulaciones por ordenador que incluyen la física del espacio curvo, la materia sobrecalentada y los potentes campos magnéticos alrededor del agujero negro”, ha destacado Paul T.P. Ho, miembro del consejo de EHT y director del East Asian Observatory.
“Muchas de estas características de la imagen observada concuerdan sorprendentemente bien con nuestras predicciones teóricas”, destaca Ho. “Esto reafirma nuestra interpretación teórica de las observaciones, incluida la estimación de la masa del agujero negro”.
José Luis Gómez ha desarrollado uno de los tres algoritmos usados para la reconstrucción de las imágenes de la sombra del agujero negro en M87. Antxon Alberdi, por su parte, lidera investigaciones sobre la formación de chorros relativistas a partir del acrecimiento en torno a agujeros negros supermasivos.
Iván Martí-Vidal diseñó los algoritmos que permitieron combinar los datos de ALMA (el elemento más sensible del EHT) con el resto de radiotelescopios. Es, además, coordinador del grupo de polarimetría (cuyo principal objetivo es estudiar el papel de los campos magnéticos en las proximidades del agujero negro).
“El Telescopio Horizonte de Sucesos ha transformado nuestra visión de los agujeros negros de un concepto matemático en algo real que puede ser estudiado a través de repetidas observaciones astronómicas”, ha comentado Gómez.
Solo ha sido el comienzo
“Hemos logrado algo que parecía simplemente imposible hace tan sólo una generación”, ha concluido Doeleman. “Los avances tecnológicos y la puesta en marcha de nuevos radiotelescopios durante la última década han permitido a nuestro equipo crear este nuevo instrumento, diseñado para ver lo invisible”.
Después de esta primera imagen, los científicos afrontan nuevos objetivos. Un ejemplo es llegar a obtener una fotografía similar de Sagitario A*. Hasta ahora, la nube de polvo situada entre el agujero negro y la Tierra o la falta de nitidez (que se resolverá con el aumento de resolución del EHT) han obstaculizado el proceso.
Referencias
First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole. K. Akiyama et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0ec.
First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation. A. Alberdi et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0c96.
First M87 Event Horizon Telescope Results. III. Data Processing and Calibration. A. Alberdi et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0c57.
First M87 Event Horizon Telescope Results. IV. Imaging the Central Supermassive Black Hole. A. Alberdi et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0e85.
First M87 Event Horizon Telescope Results. V. Physical Origin of the Asymmetric Ring. A. Alberdi et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab0f43.
First M87 Event Horizon Telescope Results. VI. The Shadow and Mass of the Central Black Hole. A. Alberdi et al. Astrophysical Journal Letters, 10 April 2019. DOI: 10 April 2019. DOI: 10.3847/2041-8213/ab1141.