Las primeras imagenes de Agujeros Negros con el EHT

 El Event Horizon Telescope ha capturado una primera imagen histórica del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.

Una imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, un gigante llamado Sagitario A*, revelado por el Event Horizon Telescope el 12 de mayo de 2022.

La imagen, que fue tomada a la luz de ondas de radio submilimétricas, confirma que hay un agujero negro en el corazón de la Vía Láctea que se está alimentando de un hilo de gas hidrógeno.

Tal vez te convenga leer previamente este post sobre agujeros negros. (AN) y para entender un poco mas como funcionan los interferomentros, como el EHT.

"Hasta ahora, no teníamos la imagen directa para probar que este gentil gigante en el centro de nuestra galaxia es un agujero negro", dijo Feryal Özel, astrofísico de la Universidad de Arizona, durante una conferencia de prensa de la Fundación Nacional de Ciencias. (12 de mayo de 2022). "Muestra un anillo brillante que rodea la oscuridad y el signo revelador de la sombra del agujero negro".

La primer imagen de M87* 

En 2019, el Event Horizon Telescope (EHT) fue noticia cuando logró producir la primera imagen del horizonte de sucesos de un agujero negro, específicamente el agujero negro en el centro de la galaxia elíptica activa Messier 87. 

Al mismo tiempo que recopilaba los datos que se convirtieron en esa imagen, el EHT también realizó observaciones de Sagitario A* (se lee Sagitario A estrella, Sgr A*), que es el nombre que se le da al agujero negro supermasivo de la Vía Láctea. Sin embargo, producir una imagen de Sgr A* resultó más difícil que para M87.

Porque es fue mas dificil la imagen de Sgr A*?

Parece no tener sentido. Si M87 esta 1800 veces mas lejos que Sgr A*... por que es mas dificil?

Por un lado, la atmósfera cargada de agua de la Tierra puede absorber las ondas de radio submilimétricas de las que depende el EHT. Y Sgr A* es bastante debil como fuente. Mientras que el agujero negro de M87 tiene un apetito voraz y parece brillante porque consume mucho gas, el flujo de material hacia Sagitario A* es mucho más lento, lo que significa que es mucho más débil.

Además, el gas y el polvo en los 27.000 años luz intermedios entre nosotros y Sagitario A* dispersa las ondas submilimétricas y desenfoca la imagen.

Finalmente, la obtencion de los datos requiere mucho tiempo. Como M87* es mucho mayor, los cambios se notan menos que en Sgr A*. Esto hace que la imagen de nuestro AN sea mas turbia y dificil de limpiar.

Sagitario A* está pasando hambre.

"Solo vemos un goteo de material que llega hasta el agujero negro", dijo el astrofísico de Harvard Michael Johnson durante la conferencia de prensa de la NSF. "En términos humanos, sería como comer solo un grano de arroz cada millón de años".

Por qué la acumulación de gas en Sagitario A* es tan lenta ha sido un enigma durante muchos años, dijo la premio Nobel Andrea Ghez, astrofísica de la Universidad de California en Los Ángeles. "Hay muchos misterios asociados con el flujo de acreción, en términos de por qué es tan débil". 

 

Un collage muestra la primera imagen del agujero negro en el centro de la Vía Láctea en su ubicación en el cielo.(Crédito de la imagen: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), Colaboración EHT)

Comprobando modelos

Ghez compartió el Premio Nobel de Física 2020 por medir la masa de Sagitario A* al observar los movimientos de las estrellas que orbitan cerca de él. Calcularon una masa que era 4,3 millones de veces la masa de nuestro Sol.

Dado que el tamaño del horizonte de eventos está relacionado con la masa del agujero negro, fue posible hacer una predicción, dijo Ghez. "El poder de obtener imágenes del anillo del agujero negro es que, si conoce la masa y la distancia al agujero negro, en otras palabras, el tamaño del horizonte de eventos, puede usarlo para compararlo con la teoría".

La nueva imagen muestra que el tamaño del horizonte de eventos de Sagitario A* es de 51,8 microsegundos de arco en el cielo. (equivalente a ver una rosquilla en la Luna!!).

"Nuestra imagen está muy de acuerdo con las predicciones teóricas", dijo Özel, quien la describió como la prueba más grande jamás realizada de la teoría de la relatividad general de Einstein, y señaló que la teoría pasó con gran éxito.

"Es un gran laboratorio para tratar de comprender cómo funciona la gravedad en las proximidades de un agujero negro supermasivo", dijo Ghez.

Una comparación de las vistas del Event Horizon Telescope de los agujeros negros en el centro de la galaxia M87, a la izquierda, y del de la Vía Láctea, a la derecha. Es notable la similitud de los objetos, cuando son de tamaños reales completamente diferentes. Esto apoya claramente la idea de que realmente es un AN. (Crédito de la imagen: Colaboración EHT)

Más inciertas son nuestras explicaciones de la turbulencia observada en el anillo de gas. El agujero negro de M87 es mucho más grande que Sagitario A* y, por lo tanto, los cambios tardan días en manifestarse, mientras que Sagitario A* es mucho más pequeño y, a medida que el material gira a su alrededor, el brillo del anillo puede cambiar en cuestión de minutos.

Para tratar de explicar lo que estaban viendo, el equipo de EHT, que está compuesto por más de 300 investigadores en 80 instituciones, realizó más de 5 millones de simulaciones de supercomputadoras para tratar de encontrar una que coincidiera con lo que observaron.

"Nos quedamos con solo un puñado de simulaciones que comparten las características que observamos, pero ninguna de ellas explica todas las características", dijo Johnson. En particular, todas las simulaciones predijeron una variabilidad mayor y más rápida de lo que realmente se vio, y podrían relacionarse con la forma en que el gas se acumula en el anillo, o cómo los campos magnéticos interactúan con ese flujo de entrada.

Agujeros negros activos e inactivos

Dependiendo de la cantidad de material que absorbe un AN, puede ser enromemente activo como el de M87, o muy tranquilo como el nuestro.

El tener una imagen de un AN como Sgr A* es mas representativo de la mayoria.

"Este agujero negro es más típico del conjunto general de agujeros negros en el universo que el de M87", dijo Hickox. "Si solo tomaras una foto de un agujero negro supermasivo al azar, en una galaxia en algún lugar del universo, se veria como el de nuestra galaxia".

El futuro

Las observaciones futuras ahora se centrarán en obtener imágenes más nítidas para comprender mejor la física de la turbulencia en el anillo alrededor del agujero negro, así como también la forma en que el agujero negro afecta el entorno de la galaxia que lo rodea.

Sagitario A* y el agujero negro en M87 fueron los dos principales objetivos del EHT debido a su tamaño angular relativamente grande en el cielo. Los agujeros negros supermasivos en otras galaxias parecen mucho más pequeños en el cielo, incluso más allá de las capacidades del EHT para obtener imágenes de su horizonte de eventos. Para poder hacerlo, sería necesario alargar la línea de base, es decir, ampliar la apertura del EHT, entre los dos puntos más anchos de la red del EHT. En este sentido, la resolución que puede alcanzar el EHT está limitada por el tamaño de la Tierra, pero Hickox dice que hay posibilidades más allá de la Tierra.

Es posible en un futuro cercano que se agregue un telescopio en orbita al EHT, lo que aumentaría significativamente la resolución angular general.