Por qué la nueva imagen de un agujero negro supermasivo es una «validación extraordinaria» de la teoría más conocida de Albert Einstein

Los científicos habían deducido durante mucho tiempo que en el corazón de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, acechaba un monstruo voraz e invisible, acechando en las sombras del espacio y el tiempo deformados, consumiendo todo lo que se cruzaba en su camino.

Habían hecho la deducción al observar cómo las estrellas y el polvo galáctico, cómo incluso la luz misma, se movían a través del centro de la galaxia.

Justo allí, razonaron, justo al borde de la constelación de Sagitario, debe haber un objeto invisible, increíblemente compacto e imposiblemente masivo, cuatro millones de veces la masa de nuestro propio sol, tanta masa en un espacio tan pequeño que su gravedad impide incluso la luz se escape.

Lo llamaron Sagitario A*, un agujero negro supermasivo del tipo que, según los científicos, ocupa el centro de la mayoría de las galaxias.

Pero, aunque tenían muchas razones para predecir su existencia y muchas pistas sobre su naturaleza, hasta hace poco nunca la habían visto, por así decirlo.

Eso cambió el jueves, cuando los astrónomos, caminando sobre una fina línea al borde del vértigo, anunciaron que después de cinco años de trabajo tenían la primera evidencia visual directa del agujero negro en el centro de la Vía Láctea.

Este anuncio, y esta imagen, no solo confirmaron que Sgr A* (pronunciado «sadge-ay-star») era, de hecho, un agujero negro, sino que las imágenes abrieron datos y técnicas valiosos que mejorarán la comprensión. la estructura de los agujeros negros y ayudarlos a buscar otros del mismo tipo en otras partes del cosmos.

Y, por cierto, las imágenes ayudaron a respaldar la teoría de la relatividad de Einstein, el mismo científico y teoría que condujo a la existencia postulada de los agujeros negros, mucho antes de que fueran observados.

La imagen se creó con el Event Horizon Telescope (EHT), una red global de radiotelescopios que trabajan juntos, en este caso, ocho telescopios en cinco países diferentes, incluidos dos en Hawái y uno en la Antártida, creando un telescopio virtual del tamaño de la tierra.

«Hasta ahora, no teníamos una imagen directa que confirmara que Sgr A* era realmente un agujero negro», dijo Feryal Özel, profesor de astronomía y física en la Universidad de Arizona.

«Hoy, el Event Horizon Telescope se complace en compartir con ustedes la primera imagen directa del gentil gigante en el centro de nuestra galaxia, Sagitario A*».

Los datos se recopilaron durante varias noches en 2017, por un total de 3,5 petabytes. Tantos datos que los investigadores no pudieron enviarlos a través de Internet. Cientos de discos duros tuvieron que ser enviados físicamente desde cada uno de los ocho telescopios a los centros de correlación en Westford, Massachusetts, y Bonn, Alemania, donde las supercomputadoras combinaron las señales.

En la imagen publicada el jueves, Sgr A* aparece como una mancha oscura rodeada por un anillo brillante.

El anillo es la luz que escapa del gas caliente que gira alrededor del agujero negro. El disco negro en el centro es la región donde la luz cruzó el horizonte de sucesos, el punto donde la gravedad del agujero negro evita que nada, incluso la luz, escape.

En estructura, Sgr A* parece muy similar a la primera imagen de un agujero negro, una estrella supermasivo en la galaxia Messier 87, que los investigadores publicaron en 2019.

Pero este agujero negro es 1500 veces más masivo que Sgr A* y está 2000 veces más lejos. Se destaca por un chorro de gas que abarca unos 5.000 años luz, casi un faro galáctico para los astrónomos.

Por otro lado, Sgr A* es más un alhelí galáctico. Aunque está mucho más cerca de la Tierra, también es mucho más pequeño y débil y mucho menos voraz. Y observarlo significa que los astrónomos y sus telescopios deben atravesar el polvo galáctico y el desorden de la Vía Láctea.

“Lo que lo hizo aún más difícil fue el entorno dinámico de Sgr A*, una fuente que zumbaba y gorgoteaba mientras observábamos”, dijo Özel.

El gas cerca de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad, casi tan rápido como la luz, alrededor de Sgr A* y M87*.

Pero donde el gas tarda días o semanas en orbitar el M87* más grande, en el Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en solo minutos.

«Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente a medida que la colaboración de EHT lo observaba, muy parecido a intentar tomar una foto clara de un cachorro persiguiéndose rápidamente la cola», dijo Chi-kwan Chan, científico de EHT. . , del Observatorio Steward de la Universidad de Arizona.

Pero, utilizando cantidades masivas de datos y diferentes perspectivas de los ocho telescopios (el proceso se llama interferometría, para los astrónomos inclinados), la forma de Sgr A* comenzó a emerger.

Reunir todos estos datos ha permitido a los científicos comenzar a realizar mediciones precisas de la estructura de Sgr A*, en particular, el diámetro del anillo brillante alrededor del agujero negro. Esencialmente, el diámetro del horizonte de eventos.

«Las órbitas de las estrellas nos han dado una medida exquisita de la masa de Sgr A*, unas cuatro millones de veces la masa del sol», dijo Michael Johnson, astrofísico del Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian.

“Y la teoría de la relatividad general de Einstein predice exactamente qué tamaño de sombra debería proyectar el agujero negro. Esta característica teórica, la sombra, es la imagen del horizonte de eventos. Es nuestra línea de visión hacia el agujero negro.

Cuando los científicos compararon sus medidas de sus observaciones directas de EHT con las predichas por la teoría de Einstein, encontraron que eran iguales.

«Descubrimos que estas dos vistas completamente diferentes del agujero negro, una basada en el movimiento de las estrellas y la otra en la flexión y captura de la luz, estaban perfectamente alineadas», dijo Johnson.

«Es una validación extraordinaria de la relatividad general».

La imagen de Sgr A* también brinda a los astrónomos dos puntos de datos para estudiar agujeros negros supermasivos, uno en cada extremo del espectro de tamaño y voracidad. El próximo paso, dicen, es usar los datos que tienen para crear películas, para observar cómo la materia se mueve alrededor de tales atracciones gravitatorias masivas.

«EHT ha transformado el centro de nuestra galaxia en un laboratorio cósmico», dijo Johnson.

«Estamos observando un nuevo entorno, el espacio-tiempo curvo cerca de un agujero negro supermasivo y está repleto de actividad, todavía burbujeante con energía turbulenta y ocasionalmente estalla en destellos de emisión brillante».

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