Astrónomos revelan la primera imagen de un colosal agujero negro en el corazón de nuestra galaxia

Expectación mundial causó el anuncio de un nuevo y asombroso descubrimiento en la Vía Láctea. Con una conferencia de prensa simultánea en Garching (cerca de Munich, Alemania), Washington D.C., Ciudad de México, Tokio, Taipei y Santiago en Chile, astrónomos dieron a conocer el último hallazgo en la Vía Láctea logrado por el Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés).

“Creo que valió la pena esperar”. Así comenzó la transmisión.

¿De qué se trata este fenomenal descubrimiento? Los astrónomos revelaron la primera imagen del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.

Este resultado proporciona una evidencia abrumadora de que el objeto es de hecho un agujero negro y arroja pistas valiosas sobre el funcionamiento de tales gigantes, que se cree que residen en el centro de la mayoría de las galaxias. La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.

Ezequiel Treister, astrónomo de la Universidad Católica, señala que el contar ahora con dos imágenes de agujeros negros supermasivos, “nos permite entender de mejor manera y cómo es la estructura en regiones más cercanas al agujero negro”.

Existen diferencias de tamaño entre ambos agujeros, “el M87 es mil veces más grande y más masivo. Al ser más pequeño Sagitario A* la imagen tardó mucho más en obtenerse, porque todo sucede más rápido en nuestro agujero supermasivo. Este explica la dificultad a pesar de la mayor cercanía”, establece Treister.

Rodrigo Herrera, investigador CATA y astrónomo Universidad de Concepción, explica que este hallazgo confirma que esta técnica de combinar telescopios a lo largo y ancho del mundo (Telescopio de Horizonte de Eventos), sirve para poder obtener imágenes directas de agujeros negros, no solo de los más masivos como el de 2019, sino también para agujeros negros en galaxias mucho más pequeñas como la Vía Láctea, y agujeros negros que son mil veces pequeños. Abre una ventana de posibilidades a seguir estudiándolos”.

Se especulaba que el anuncio podría relacionarse con alguna de estas galaxias y en particular con agujeros negros. ¿Podría EHT haber superado de alguna manera este obstáculo para producir otra imagen de otro agujero negro?

Luis Chavarría, representante de ESO en Chile, señala que Chile cumple un rol fundamental en la astronomía, “la que no es solamente para los astrónomos, es para muchas otras disciplinas. Las nuevas generaciones siguen a muchos astrónomos que hacen divulgación por redes sociales, y de la ciencia en general. A través del comprendimiento de cómo funciona el universo, de cómo funcionan las cosas, nosotros podemos de alguna manera incrementar el pensamiento crítico, sobre todo en los niños, de manera de que puedan tomar decisiones basadas en información fidedigna. Es un desafío que lo han tomado las nuevas generaciones y que tenemos que seguir trabajando”.

La imagen es una mirada esperada desde hace mucho tiempo al objeto masivo que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los científicos habían visto previamente estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea. Esto sugiere fuertemente que este objeto, conocido como Sagittarius A* (Sgr A*, pronunciado “sadge-ay-star”), es un agujero negro, y la imagen de hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque está completamente oscuro, el gas brillante que lo rodea revela una firma reveladora: una región central oscura (llamada sombra) rodeada por una estructura similar a un anillo brillante. La nueva vista captura la luz desviada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol.

“Nos sorprendió lo bien que el tamaño del anillo concordaba con las predicciones de la Teoría de la Relatividad General de Einstein“, dice Geoffrey Bower, científico del proyecto EHT, del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica, Taipei. “Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el mismo centro de nuestra galaxia y ofrecer nuevos conocimientos sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno. Los resultados del equipo EHT se publican hoy en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters”, añade.

Juan Carlos Beamin, astrónomo de la Universidad Autónoma, considera que es una imagen histórica, “pero al mismo tiempo indispensable para entender qué es lo que sucede en torno a los agujeros negros. Esto es muy relevante, pues permite poner a prueba las teorías físicas como la relatividad de Einstein en distintos entornos, y comprobar su validez o detectar posibles fallas”.

No hay que tener temor, recalca Beamin, “este agujero negro supermasivo está ahí desde hace miles de millones de años y no afecta para nada nuestras vidas, pero sí nos permite entender mejor el funcionamiento de la naturaleza, en uno de los entornos más extremos que existen en el universo. De hecho, lo que pasa dentro de un agujero negro es totalmente desconocido. No tenemos ninguna teoría capaz de describir que es lo que sucede ahí dentro, pero las observaciones como esta del EHT son extremadamente valiosas para entender y describir qué está pasando justo en sus alrededores, donde las condiciones como la gravedad son muy extremas”.

Lo mismo piensa Herrera. “Aquí no existe peligro, por el hecho de que este agujero negro se encuentra bastante lejos de nosotros. El sistema solar y el Sol, están en la periferia de la galaxia y el centro galáctico donde reside el agujero negro, se encuentra a unos 27.000 años luz, es decir, bastante lejos. Por lo tanto, todo lo que pueda ocurrir en esa zona no tiene mayor injerencia sobre nuestro sistema solar y sobre la Tierra”.

El EHT es una colaboración entre ocho radiotelescopios internacionales distribuidos por todo el planeta, el que actúa como un telescopio virtual a escala global con una sensibilidad inaudita, diseñada para capturar imágenes de un agujero negro con la mayor resolución espacial posible.

Debido a que el agujero negro está a unos 27.000 años luz de distancia de la Tierra, nos parece que tiene aproximadamente el mismo tamaño en el cielo que una rosquilla en la Luna, señalan los responsables. Para obtener una imagen, el equipo creó el poderoso EHT, que unió ocho observatorios de radio existentes en todo el planeta para formar un solo telescopio virtual “del tamaño de la Tierra”. El EHT observó a Sgr A* en varias noches en 2017, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara.

Además de otras instalaciones, la red EHT de radioobservatorios incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) en el desierto de Atacama en Chile, de propiedad compartida y cooperado por ESO en nombre de sus estados miembros en Europa. Europa también contribuye a las observaciones de EHT con otros observatorios de radio: el telescopio IRAM de 30 metros en España y, desde 2018, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia, así como una supercomputadora para combinar datos de EHT alojados por Max Planck. Instituto de Radioastronomía de Alemania. Además, Europa contribuyó con fondos al proyecto del consorcio EHT a través de subvenciones del Consejo Europeo de Investigación y de la Sociedad Max Planck en Alemania.

“Es muy emocionante para ESO haber jugado un papel tan importante en desentrañar los misterios de los agujeros negros, y de Sgr A* en particular, durante tantos años “, comenta el Director General de ESO, Xavier Barcons. “ESO no solo contribuyó a las observaciones del EHT a través de las instalaciones de ALMA y APEX, sino que también permitió, con sus otros observatorios en Chile, algunas de las observaciones de avance anteriores del centro galáctico”, agrega.

El logro de EHT sigue al lanzamiento de la colaboración en 2019 de la primera imagen de un agujero negro, llamado M87 *, en el centro de la galaxia Messier 87 más distante.

Los dos agujeros negros tienen un aspecto notablemente similar, aunque el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87*. “Tenemos dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, pero cerca del borde de estos agujeros negros se ven increíblemente similares“, explica Sera Markoff, copresidente del Consejo de Ciencias de EHT y profesor de astrofísica teórica. en la Universidad de Ámsterdam, Países Bajos. “Esto nos dice que la Relatividad General gobierna estos objetos de cerca, y cualquier diferencia que veamos más lejos debe deberse a diferencias en el material que rodea los agujeros negros”.

Este logro fue considerablemente más difícil que para M87*, aunque Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico de EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, del Observatorio Steward y del Departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, EE. UU., establece que “el gas en las cercanías 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 de días a semanas en orbitar el M87 más grande, en el Sgr A, mucho más pequeño, completa una órbita en meros minutos. Esto significa que el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A estaban cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, un poco como intentar tomar una imagen clara de un cachorro persiguiéndose rápidamente la cola”.

Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas herramientas sofisticadas que explicaran el movimiento de gas alrededor de Sgr A*. Si bien M87* era un objetivo más fácil y estable, con casi todas las imágenes con el mismo aspecto, ese no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que extrajo el equipo, revelando finalmente al gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

El esfuerzo fue posible gracias al ingenio de más de 300 investigadores de 80 institutos de todo el mundo que juntos conforman la Colaboración EHT. Además de desarrollar herramientas complejas para superar los desafíos de obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, usando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, mientras compilaba una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para compararlos con las observaciones.

Los científicos están particularmente emocionados de tener finalmente imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de comprender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende por completo, pero se cree que juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

“Ahora podemos estudiar las diferencias entre estos dos agujeros negros supermasivos para obtener nuevas pistas valiosas sobre cómo funciona este importante proceso”, argumenta el científico del EHT Keiichi Asada del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, Taipei. “Tenemos imágenes de dos agujeros negros, uno en el extremo grande y otro en el extremo pequeño de agujeros negros supermasivos en el Universo, por lo que podemos ir mucho más lejos en las pruebas de cómo se comporta la gravedad en estos entornos extremos como nunca antes”, adiciona.

El progreso en el EHT continúa: una importante campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La expansión en curso de la red EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a los científicos compartir imágenes y películas de agujeros negros aún más impresionantes en un futuro próximo.