Martes 10 de diciembre de 2019, 11:27 (TU)
Primera imagen de un agujero negro

Día histórico para la astronomía moderna: Presentan la primera imagen directa de un agujero negro

El consorcio internacional EHT (Event Horizon Telescope, o Telescopio del Horizonte de Eventos) acaba de presentar la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y la sombra causada por su horizonte de eventos. Situado en el centro de la galaxia M87 en la constelación de Virgo, una de las más grandes y masivas en un radio de 50 millones de años luz, este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y tiene una masa de 6.500 millones de veces la del Sol.

Los agujeros negros son objetos cósmicos extraordinarios, con enormes masas pero con tamaños extremadamente compactos. La presencia de estos objetos afecta a su entorno de maneras extremas, deformando el espaciotiempo y sobrecalentando cualquier material circundante.

Si está inmerso en una región brillante, como un disco de acreción a su alrededor, un agujero negro crea una región oscura similar a una sombra, algo predicho por la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta sombra, causada por la flexión gravitacional y la captura de luz por parte del horizonte de eventos, permitió a los astrónomos medir con precisión la enorme masa del agujero negro de M87.


Esta representación artística muestra las trayectorias de los fotones que se encuentran en las proximidades de un agujero negro. La flexión gravitacional y la captura de luz por parte del horizonte de sucesos generan la sombra captada por los radiotelescopios del consorcio EHT. Créditos de la imagen: Nicolle R. Fuller / NSF.

El horizonte de eventos del agujero negro es aproximadamente 2,5 veces más pequeño que la sombra que proyecta, y mide casi 40.000 millones de kilómetros. Aunque pueda parecer grande, a la distancia que nos separa de la galaxia M87 este anillo se extiende sólo unos 40 microsegundos de arco, el equivalente al diámetro angular de una tarjeta de crédito posada en la superficie de la Luna.

Para poder producir una imagen de la sombra del horizonte de eventos del agujero negro supermasivo en M87, se movilizó un gran número de investigadores y tecnologías de punta, ya que obtener una imagen de un agujero negro es muy diferente a tomar una fotografía con una cámara normal. El proyecto cuenta con la participación de una impresionante cantidad de radiotelescopios distribuidos por todo el globo, desde la Antártida hasta Europa, pasando por Hawaii y Chile. Con sus 66 antenas, receptores de última generación, y su ubicación en el hemisferio sur, ALMA es el complejo de radiotelescopios más grande y sensitivo del proyecto EHT, y resulta un componente estratégico del mismo.

M87 es una enorme galaxia elíptica situada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, visible en la constelación de Virgo. Fue descubierta por Charles Messier en 1781, pero no se la identificó como una galaxia hasta el siglo XX. Con el doble de la masa de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y unas diez veces más estrellas, es una de las galaxias más grandes del universo local. Créditos de la imagen: Observatorio Europeo del Sur (ESO).

Las observaciones del EHT utilizan una técnica llamada interferometría de base muy larga (VLBI, Very-Long-Baseline Interferometry) que sincroniza las observaciones de esos radiotelescopios, ubicados en instalaciones de todo el mundo, y aprovecha la rotación de nuestro planeta para formar un enorme radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra. La técnica VLBI permite al EHT alcanzar una resolución angular de 20 microsegundos de arco, suficiente para leer un periódico en Nueva York desde un café de París.

La resolución de un radiotelescopio puede determinarse a partir de las longitudes de ondas de radio que el telescopio observa y el tamaño del telescopio —o, en el caso del VLBI, la distancia entre sus antenas. Pero durante las observaciones se producen distintos problemas, como la generación de ruido y errores que interfieren en el desempeño del telescopio y afectan su resolución.

En el caso de la interferometría VLBI, cada antena está equipada con un reloj atómico extremadamente preciso que registra el momento en que se recibe cada señal de radio proveniente del objeto observado. A continuación, se sintetizan los datos usando esos tiempos como referencia para poder ajustar con precisión el momento de llegada de cada onda de radio a cada antena.

Pero este proceso está sujeto a los efectos de la atmósfera terrestre, que filtra ciertas longitudes de onda. Varias moléculas, como el vapor de agua, absorben una fracción de las ondas de radio que atraviesan la atmósfera, siendo las ondas más cortas las que menos sufren este efecto. Construyendo los radiotelescopios en lugares altos y secos se logra minimizar el efecto de la absorción atmosférica, aunque no erradicarlo del todo.

Lo más complicado de este efecto de absorción es que la dirección de las ondas de radio cambia levemente cuando pasan a través del vapor de agua contenido en la atmósfera. Esto significa que las ondas de radio llegan a cada antena en momentos distintos, de ahí que sea más difícil sintetizar los datos posteriormente usando las marcas de tiempo como referencia. Como si fuera poco, ya que la interferometría VLBI usa antenas separadas por cientos de kilómetros, también se tienen que tomar en cuenta las diferentes cantidades de vapor de agua presente en el cielo sobre cada telescopio, así como las variaciones que se producen en dichas cantidades durante el período de observación. En las observaciones ópticas, estas fluctuaciones hacen que la luz de las estrellas parpadee y disminuya la resolución; las observaciones de radio sufren el mismo problema.

Los datos obtenidos por todos los radiotelescopios del consorcio EHT se transportaron en discos rígidos, siendo enviados por avión a Estados Unidos y Alemania, donde se los procesó en computadoras especiales, llamadas correlacionadores. Por razones obvias, los datos del Telescopio del Polo Sur, ubicado en la base Amundsen–Scott en la Antártida, fueron los últimos en llegar a fines de 2017, tras lo cual se dio inicio a la calibración y síntesis de los datos para generar una imagen coherente del agujero negro supermasivo en M87.

Este proceso finalmente tardó más de un año. Estos largos tiempos de espera entre las observaciones y la obtención de los resultados son normales en la astronomía moderna, donde la reducción y análisis de datos es un proceso tan lento y riguroso como necesario para obtener resultados revolucionarios como éste.