17 de Mayo de 2022
Astrofísica

Primera imagen del agujero negro central de la Vía Láctea

El Telescopio del Horizonte de Sucesos ha fotografiado Sagitario A*, el agujero negro situado en el centro de nuestra galaxia, en la que constituye la segunda imagen directa de estos objetos extremos.

La segunda imagen directa de un agujero negro. En este caso, los científicos han fotografiado Sagitario A*, el agujero supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea. [Colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos].

Los radioastrónomos han fotografiado el agujero negro supermasivo del centro de la Vía Láctea. Es tan solo la segunda imagen directa jamás obtenida de un agujero negro, después de que el mismo equipo revelara en 2019 una imagen icónica de un agujero más distante.

Los ansiados resultados, presentados el 12 de mayo por la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) muestran una imagen que recuerda a la anterior, con un anillo de radiación alrededor de un disco más oscuro, exactamente del tamaño predicho a partir de observaciones indirectas y de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. 

«Hoy, en este preciso momento, tenemos pruebas directas de que ese objeto es un agujero negro», declaró Sara Issaoun, astrofísica del Centro Smithsoniano de Astrofísica de Harvard, en una rueda de prensa celebrada en Garching. El equipo ha publicado sus resultados en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.

«Llevamos tanto tiempo trabajando en esto que, de vez en cuando, tenemos que pellizcarnos y recordar que estamos hablando del agujero negro situado en el centro de nuestro universo», apuntó Katie Bouman, experta en imágenes computacionales del Instituto de Tecnología de California y exmiembro del equipo del EHT, en otra conferencia de prensa que tuvo lugar en Washington, D.C. «¿Qué hay más increíble que ver el agujero negro central de la Vía Láctea?» 

Observaciones de agujeros negros

Durante cinco noches de abril de 2017, la colaboración del EHT empleó ocho observatorios de todo el mundo para obtener datos tanto del agujero negro central de la Vía Láctea, llamado Sagitario A* por la constelación en la que se encuentra, como de M87*, el agujero situado en el centro de la galaxia M87.

Los observatorios se hallan en ubicaciones que van desde España hasta el Polo Sur y desde Chile hasta Hawái, y recogieron 4 petaoctetos (4 millones de gigabytes) de datos, una cantidad de información demasiado grande para enviarla a través de Internet, por lo que tuvo que viajar en discos duros transportados por aviones.

En 2019, los investigadores del EHT dieron a conocer su imagen de M87*, aportando la primera prueba directa de la existencia de un horizonte de sucesos, la superficie esférica que envuelve el interior de un agujero negro.

Pero analizar los datos de Sagitario A* resultó más difícil. Los dos agujeros negros tienen un tamaño aparente similar en el cielo, porque M87* está casi 2000 veces más lejos, pero también es una 1600 veces más grande. Esto último implica que cualquier acumulación de materia que gire en espiral alrededor de M87* cubre distancias mucho más grandes (mayores que la órbita de Plutón alrededor del Sol) y la radiación emitida es básicamente constante para períodos de tiempo cortos.

En cambio, Sagitario A* puede cambiar muy deprisa, incluso durante las pocas horas que el EHT lo observa todos los días. «En M87* apreciamos muy pocas variaciones a lo largo de una semana», explica Heino Falcke, astrofísico de la Universidad Radboud de Nimega y cofundador de la colaboración EHT. «Sagitario A* varía en escalas de tiempo de entre 5 y 15 minutos.»

Debido a esta variabilidad, el equipo del EHT no generó una sola imagen de Sagitario A*, sino miles, y la fotografía recién divulgada es el resultado de un intenso procesamiento. «Al promediar esas imágenes, podemos poner de relieve las características comunes», subraya José Gómez, miembro del EHT que trabaja en el Instituto de Astrofísica de Andalucía, en Granada.

[<a href="https://www.nature.com/articles/d41586-022-01320-y" target="_blank"><em>Nature</em></a>]

Además de mostrar un anillo de radiación alrededor de un disco más oscuro, la imagen resultante contenía tres «nudos» más brillantes. «Se aprecian nudos en todas las imágenes que creamos», aclara Issaoun, pero cada una tenía los nudos en distintos lugares. Los nudos promediados que aparecen en la imagen seguramente son artefactos debidos a la técnica de interferometría que emplea el EHT, añade. Las imágenes se reconstruyen a partir de una antena de radio idealizada del tamaño de la Tierra, pero en cada momento solo pueden tomar datos pequeñas regiones de esa antena. 

La apariencia es distinta a la de M87*, para el que la región más brillante de la imagen tenía una forma más parecida a una media luna, lo que podría indicar que una densa acumulación de materia está siendo acelerada a lo largo de la línea de visión.

El próximo objetivo del proyecto es generar una película del agujero negro para aprender más sobre sus propiedades físicas, avanzó Feryal Özel, astrofísico de la Universidad de Arizona en Tucson, en la conferencia de prensa de Washington.

El equipo de EHT realizó simulaciones en superordenadores para compararlas con sus datos y concluyó que es probable que Sagitario A* esté girando en sentido contrario a las agujas del reloj, en torno a un eje que apuntaría aproximadamente en la línea de visión hacia la Tierra, comparte Gómez.

«Lo que me descoloca es que lo estemos viendo de frente», destaca Regina Caputo, astrofísica del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA. El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, con el que trabaja Caputo, había detectado con anterioridad unas enormes estructuras brillantes por encima y por debajo del centro de la galaxia, que podrían haber sido producidas por Sagitario A* durante períodos pasados de intensa actividad. Pero esas estructuras, conocidas como burbujas de Fermi, parecen requerir que la materia gire alrededor del agujero negro de canto (y no de frente), según nuestra perspectiva desde la Tierra.

Un objeto extremadamente masivo

Los primeros indicios de la existencia de Sagitario A* llegaron en la década de 1970, cuando los radioastrónomos descubrieron una fuente de radio aparentemente puntual en la región central de la galaxia.

La fuente resultó ser inusualmente tenue, más que una estrella promedio. Aun así, las observaciones de los movimientos de las estrellas cercanas que se realizaron durante decenios revelaron que el objeto era extremadamente masivo: las observaciones más recientes arrojan una masa 4,15 millones de veces mayor que la del Sol, más menos un 0,3 por ciento.

Esos cálculos, fruto de estudiar el modo en que las estrellas orbitan alrededor de Sagitario A*, proporcionaron indicios sólidos de que la fuente de radio era tan densa y masiva que solo podía ser un agujero negro. Y le valieron a Andrea Ghez, astrofísica de la Universidad de California en Los Ángeles, y Reinhard Genzel, director del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre de Garching, una parte del premio Nobel de física de 2020. (El tamaño de la sombra en la imagen del EHT sugiere que el agujero negro pesa unos 4 millones de masas solares, una estimación notablemente parecida a esos cálculos anteriores, si bien no tan precisa.)

[Universidad Radboud]

Sagitario A* es casi invisible para los telescopios ópticos, debido al polvo y el gas del disco galáctico. No obstante, desde finales de los noventa, Falcke y otros se dieron cuenta de que la «sombra» del agujero negro podría ser lo bastante grande como para fotografiarla con ondas de radio, las cuales pueden atravesar ese velo. Pero para hacerlo, calcularon los investigadores, se precisaría un telescopio del tamaño de la Tierra. Por suerte, la interferometría podría ayudar. Esta técnica consiste en apuntar simultáneamente varios telescopios distantes al mismo objeto, de manera que esos observatorios actúan como si fueran piezas de una enorme antena.

Los primeros intentos de observar Sagitario A* con interferometría usaron ondas de radio relativamente largas, con una longitud de onda de 7 milímetros, y observatorios separados unos miles de kilómetros. Todo lo que los astrónomos podían ver era un punto borroso.

Pero los equipos de todo el mundo refinaron sus técnicas y modernizaron algunos grandes observatorios para añadirlos a la red. En particular, los investigadores adaptaron el Telescopio del Polo Sur y el Gran Conjunto Milimétrico/Submilimétrico de Atacama (ALMA) para llevar a cabo esta tarea.

Luego, en 2015, los grupos unieron fuerzas y constituyeron la colaboración del EHT. Su campaña de observación de 2017 fue la primera en abarcar distancias lo bastante grandes como para distinguir detalles del tamaño de Sagitario A*.

Planes futuros

El EHT recopiló más datos en 2018, pero canceló las campañas de observación que tenía previsto realizar en 2019 y 2020. Las observaciones se reanudaron en 2021 y 2022, con una red mejorada e instrumentos más modernos.

Remo Tilanus, miembro del EHT en la Universidad de Arizona en Tucson, asegura que las últimas observaciones del equipo, completadas en marzo, registraron señales a un ritmo dos veces mayor que el de 2017, la mayoría de ellas a una longitud de onda de 0,87 milímetros. Eso debería resultar en imágenes de mayor resolución.

Los investigadores también esperan descubrir si Sagitario A* tiene chorros. Muchos agujeros negros, incluido M87*, muestran dos haces de materia que salen disparados en sentidos opuestos, presumiblemente como resultado del intenso calentamiento del gas que cae al agujero e impulsados por la rotación de este.

Sagitario A* podría haber tenido grandes chorros en el pasado, como sugieren las nubes de materia caliente que se sitúan por encima y por debajo del centro galáctico. Sus chorros ahora serían mucho más débiles, pero su presencia podría revelar detalles importantes sobre la historia de nuestra galaxia.

«Esos chorros pueden inhibir o inducir la formación de estrellas, pueden mover los elementos químicos» y afectar a la evolución de toda una galaxia, concluye Falcke. «Y ahora estamos mirando al lugar donde eso sucede.»

Freda Kreier colaboró en la elaboración de esta noticia.

Davide Castelvecchi/Nature News

Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con el permiso de Nature Research Group.

Referencia: «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope results. I. The shadow of the supermassive black hole in the center of the Milky Way», Kazunori Akiyama et al. en The Astrophysical Journal Letters, vol. 930, art. L12.

Los boletines de Investigación y Ciencia

Elige qué contenidos quieres recibir.