Boletín
Nº 196 - abril 2019
Astrónomos capturan la primera
imagen de un agujero negro
·
El Gran
Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), ALMA y otros telescopios realizan
observaciones que cambiarán el paradigma del colosal agujero negro ubicado en el
corazón de la galaxia distante Messier 87
Ciudad
de México, a 10 de abril de 2019.
El Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas
en inglés), un arreglo a escala mundial de ocho radiotelescopios forjado a
través de la colaboración internacional, fue diseñado para obtener
imágenes de un agujero negro. Hoy, en ruedas de prensa coordinadas en todo el
planeta, los investigadores del EHT revelan que han tenido éxito develando la
primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo
y su sombra.
Este descubrimiento fue anunciado hoy en una serie de seis
artículos publicados en un número especial de la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters. La imagen
revela el agujero negro ubicado en el centro de Messier
87 [1], una galaxia masiva localizada en el cercano cúmulo de galaxias de
Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y
su masa equivale a 6.5 mil millones de veces la masa del Sol [2].
El EHT enlaza a telescopios alrededor del mundo para formar
un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución
sin precedentes [3]. El EHT es resultado de una colaboración internacional de
varios años, y ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar los objetos
más extremos en el Universo, los cuales fueron predichos por la relatividad
general de Einstein a cien años del experimento histórico que confirmó por
primera vez la teoría [4].
"Estamos dando a la humanidad la primera visión de un
agujero negro -una puerta de un solo sentido fuera de nuestro Universo", dijo
el director del proyecto EHT Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian. "Este es un hito en la astronomía, una
hazaña científica sin precedentes lograda por un equipo de más de 200 investigadores".
Los agujeros negros son objetos cósmicos extremadamente
compactos que contienen cantidades increíbles de masa en una región minúscula.
Estos objetos afectan de maneras extremas su entorno, deformando el
espacio-tiempo y sobrecalentando cualquier material a su alrededor.
"Aunque esté inmerso en una zona brillante, como un disco de
gas incandescente, esperamos que un agujero negro cree una región oscura
similar a una sombra, algo que predijo la relatividad general de Einstein y que
nunca hemos visto", explicó el presidente del Consejo Científico del EHT Heino Falcke, de la Radboud University de Países
Bajos. "Esta sombra, ocasionada por la flexión gravitacional y la captura de
luz por el horizonte de eventos, nos revela mucho acerca de la naturaleza de
estos objetos fascinantes y nos permite medir la enorme masa del agujero negro
de M87".
Diversos métodos de calibración y análisis de imágenes han
revelado una estructura en forma de anillo con una región central oscura -la
sombra del agujero negro- que persistió en observaciones, del EHT, múltiples e
independientes.
"Una vez que estuvimos seguros de haber obtenido la imagen
de la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con modelos
computacionales extensivos, que incluyen la física del espacio curvado, materia
súper caliente y campos magnéticos intensos. Muchas de las características de
la imagen observada empatan sorprendentemente bien con nuestras predicciones
teóricas", subrayó Paul T. P. Ho, miembro del consejo del EHT y director del
East Asian Observatory [5].
"Esto nos da confianza en la interpretación de nuestras observaciones,
incluyendo nuestros cálculos de la masa del agujero negro".
Crear el EHT fue un reto formidable que requirió mejorar y
conectar una red mundial de ocho telescopios, ya existentes, ubicados en una
serie de sitios cuya altitud es verdaderamente desafiante y que incluyen
volcanes en Hawai y México, montañas en Arizona y en
la Sierra Nevada en España, el desierto de Atacama en Chile y la Antártida.
Para realizar las observaciones del EHT se emplea una
técnica denominada interferometría de base muy larga
(VLBI, por sus siglas en inglés), la cual sincroniza los telescopios ubicados
en distintas partes del mundo y aprovecha la rotación de nuestro planeta para
formar un gigantesco telescopio del tamaño de la Tierra que puede observar a
una longitud de onda de 1.3 milímetros. Gracias a la VLBI, el EHT puede lograr
una resolución angular de 20 microsegundos de arco, lo suficiente como para
leer, estando en Nueva York, un periódico en un café de alguna calle de París
[6].
Los telescopios que han contribuido a este resultado fueron ALMA, APEX,
el IRAM 30-meter telescope, el James Clerk Maxwell Telescope, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter
Array, el Submillimeter Telescope
y el South Pole Telescope [7]. El análisis necesario para transformar
los petabytes de datos obtenidos por dichos
observatorios en la imagen final fue realizado por supercomputadoras altamente
especializadas hospedadas en el Max-Planck-Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack
Observatory.
La integración del EHT y las observaciones anunciadas este
día representan la culminación de décadas de trabajo observacional, técnico y
teórico. Este ejemplo de trabajo en equipo a nivel global requirió la estrecha
colaboración de investigadores en todo el mundo. Trece instituciones asociadas
trabajaron juntas para crear el EHT, utilizando infraestructura existente y el
apoyo de una gran cantidad de agencias. El financiamiento clave fue otorgado
por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, el European
Research Council (ERC) de la Unión Europea y agencias
de financiamiento en Asia.
"El Gran Telescopio Milimétrico, construido en el Volcán
Sierra Negra en México, es uno de los telescopios que se integró más
recientemente al experimento EHT. Su ubicación geográfica en la región
central de la red de telescopios y el tamaño de su antena le permitieron
contribuir de manera importante en la calidad de la imagen del agujero negro de
M87, así como a los primeros resultados", mencionó por su parte David Hughes,
Director e Investigador Principal del GTM.
El Dr. Laurent Loinard, del
Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, mencionó que la
obtención de la imagen del agujero negro en el centro de M87 con el EHT marca
un punto de inflexión para la astronomía y la física fundamental y abre una
nueva era en la que se podrán estudiar agujeros negros a escalas de su
horizonte de eventos. Esta imagen representa un enorme logro, resultado de años
de trabajo pero, a la vez, es sólo un principio. En
los próximos años, se esperan no solamente imágenes de estos objetos exóticos,
sino también películas.
El Dr. Leopoldo Altamirano Robles, Director General del
INAOE, subrayó que se recorrió un largo camino para llegar a la conclusión del
GTM en 2018, pero que es un trayecto que ha valido la pena hacer, "y este
resultado es una muestra de ello".
La Dra. María Elena Álarez-Buylla,
directora general del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, reiteró que el Conacyt apoyará la ciencia de frontera como la realizada
con base en el GTM, que ha implicado una importante inversión pública que
coloca a México en la posibilidad de colaborar en proyectos con gran impacto
científico internacional. Asimismo, expresó que será importante usar ésta y
otras infraestructuras a su máxima capacidad. También recordó que el Conacyt seguirá apoyando la formación de jóvenes
investigadores especialistas en éstas y otras áreas de frontera y expresó que
se seguirán desarrollando proyectos tan fascinantes como éste, en donde la
comunicación pública y la apropiación social de la ciencia impacten en la mente
de los niños y jóvenes para fomentar en ellos la emoción por indagar acerca del
Universo y explorar nuevas fronteras del conocimiento.
"Hemos logrado algo que se suponía imposible hace sólo una
generación", concluyó Doeleman. "Gracias a la
tecnología innovadora y a la construcción de radiotelescopios durante la década
pasada, nuestro equipo pudo integrar este nuevo instrumento diseñado para ver
lo invisible".
Notas
[1] La
sombra de un agujero negro es lo más cercano a una imagen que podemos obtener
del mismo agujero negro, que es un objeto completamente oscuro del cual no
puede escapar la luz. La frontera del agujero negro, es decir, el horizonte de
eventos del cual el EHT toma su nombre, es 2.5 veces más pequeña que la sombra
que produce y es algo menor a 40 mil millones de kilómetros de ancho.
[2] Los
agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos
relativamente pequeños y por ello imposibles de observar directamente, hasta
ahora. Ya que el tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, entre
más masivo sea, más grande es su sombra. Gracias a su enorme masa y relativa
cercanía, se predijo que el agujero negro de M87 era uno de los más grandes que
se podrían detectar desde la Tierra, convirtiéndolo en un objetivo perfecto
para el EHT.
[3] Aunque
los telescopios no están físicamente conectados, son capaces de sincronizar los
datos que han obtenido gracias a relojes atómicos, o máseres de
hidrógeno, que cronometran con precisión sus observaciones. Estas
observaciones fueron realizadas a una longitud de onda de 1.3 milímetros
durante una campaña global en 2017. Cada telescopio del EHT produjo una gran
cantidad de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, los cuales fueron
almacenados en discos duros de helio de alto rendimiento. Los datos fueron
transportados por vía aérea a las supercomputadoras altamente especializadas,
conocidas como correladores, en el Max Planck Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack
Observatory, donde fueron combinados para ser
cuidadosamente convertidos en una imagen utilizando novedosas herramientas
computacionales desarrolladas por la colaboración.
[4] Hace
cien años se realizaron dos expediciones, una a la isla del Príncipe en las
cosas de África y otra a Sobral, Brasil, con el propósito de observar el eclipse solar de 1919 y probar la teoría de la relatividad
general observando si la luz de las estrellas sería doblada alrededor del disco
del Sol, tal como lo predijo Einstein. En conmemoración de esas observaciones,
el EHT ha enviado a los miembros de su equipo a algunos de los radiotelescopios
más aislados y ubicados a mayor altura en el mundo para probar, una vez más,
nuestro entendimiento de la gravedad.
[5] El
East Asian Observatory
(EAO), socio del proyecto EHT, representa la participación de distintos países
de Asia, incluyendo China, Japón, Corea, Taiwán, Vietnam, Tailandia, Malasia,
India e Indonesia.
[6] La
sensibilidad de las futuras observaciones del EHT se incrementará
sustancialmente gracias a la participación del IRAM
NOEMA Observatory, el Greenland Telescope y el Kitt Peak Telescope.
[7] ALMA es una
sociedad del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés), la
Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de Estados Unidos y los Institutos
Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS), junto con el Consejo Nacional
de Investigación de Canadá, el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) de
Taiwán, la Academia Sínica Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA;
Taiwán), y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI), en
cooperación con la República de Chile. APEX es
operado por el ESO, el 30-meter
telescope es operado por IRAM (en el cual
participan MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)), el James Clerk Maxwell Telescope es operado por el EAO, el Gran Telescopio
Milimétrico Alfonso Serrano es operado por el INAOE y UMass,
el Submillimeter Array es
operado por SAO y
ASIAA y el Submillimeter
Telescope es operado por el Arizona Radio Observatory (ARO). El South Pole Telescope es operado
por la Universidad de
Chicago con instrumentos especializados del EHT proporcionados por la Universidad Arizona.
Enlace en el cual podrán encontrar imágenes del EHT: https://drive.google.com/drive/folders/1uwEjHnbQHcq5g3bsKLu1CV7WUd90iugu
Más información
Esta investigación fue presentada en una serie de seis
artículos publicados hoy en un número especial de The Astrophysical Journal
Letters.
La colaboración del EHT involucra a más de 200
investigadores de África, Asia, Europa y América. La colaboración internacional
trabaja para obtener las imágenes más detalladas de un agujero negro creando un
telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una inversión
internacional considerable, el EHT enlaza a telescopios existentes utilizando
sistemas novedosos para crear fundamentalmente un nuevo instrumento con el más
alto poder de resolución angular nunca antes logrado.
Los telescopios que forman parte del EHT son ALMA, APEX, el
telescopio de 30 metros de IRAM, el Observatorio IRAM NOEMA, el James Clerk
Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio
Milimétrico Alfonso Serrano (GTM/LMT), el Submillimeter
Array (SMA), el Submillimeter
Telescope (SMT), el South Pole Telescope
(SPT), el Kitt Peak Telescope y el Greenland Telescope (GLT).
La colaboración EHT consiste de 13 instituciones: la Academia
Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, la
Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el East Asian
Observatory, la Goethe-Universitaet
Frankfurt, el Institut de Radioastronomie
Millimétrique, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso
Serrano, el Max Planck Institute for
Radio Astronomy, el MIT Haystack
Observatory, el National Astronomical Observatory de
Japón, el Perimeter Institute
for Theoretical Physics, la Universidad Radboud y
el Smithsonian Astrophysical
Observatory.
Acerca del GTM:
El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es un
proyecto binacional liderado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y
Electrónica, INAOE, y su socio en Estados Unidos, la Universidad de
Massachusetts. Con una antena de 50 metros de diámetro es el telescopio más
grande del mundo en su tipo observando a longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Posee una batería de instrumentos que
permite estudiar la formación de estructuras (galaxias, estrellas y planetas)
en todas las escalas del Universo. Recientemente el GTM se ha agregado al
conjunto de telescopios que forman el "Event Horizon Telescope", un proyecto
internacional que está analizando la periferia del agujero negro del
centro de nuestra galaxia y la de la galaxia M87 en el Cúmulo de Virgo. El GTM
ha sido apoyado financieramente, en la parte mexicana, por el Consejo Nacional
de Ciencia y Tecnología (CONACYT). Para mayor información consultar www.lmtgtm.org/
Contactos:
Dirección General del Conacyt, comunicacion@conacyt.mx
Mtra.
María Guadalupe Rivera Loy, jefa del Departamento de
Difusión Científica, tel. 01 (222) 266 31 00, ext. 7011, grivera@inaoep.mx
Lic.
Montserrat Flores de la Peña, Departamento de Difusión Científica, tel. 01
(222) 266 31 00, ext. 7014, mfloresp@inaoep.mx