17 abr. 2017

Los astrónomos finalmente han obtenido la primera imagen de un Agujero Negro

Lo han hecho utilizando una red enorme de radiotelescopios. De manera que los científicos tienen los datos suficientes en la mano que podrían abrir nuevas fronteras en nuestra comprensión de la gravedad.


Después de completar cinco noches de observación, los astrónomos hoy finalmente pudieron capturar por primera vez la imagen del famoso hundimiento gravitacional conocido como agujero negro .

Más precisamente, el retrato obtenido es de una región misteriosa que rodea el agujero negro, el llamado horizonte de sucesos. Este es el límite más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar al alcance gravitatorio del supermasivo del objeto.

Cuando el último de los datos obtenidos por el telescopio del horizonte de sucesos llegó a los observatorios del proyecto, hubo una celebración adentro en una línea de chat especial para los radio astrónomos e ingenieros. Uno de ellos señaló que estaba a punto de abrir una botella de 50 años de antigëdad. Otro estaba escuchando los acordes triunfales de Bohemian Rhapsody.

“Estoy muy feliz y muy aliviado, y estoy mirando adelante para conciliar una buena noche de sueño”, dijo Vincent Fish, un miembro del equipo de radioastrónomos.

Crédito de la imagen: NASA: https://photojournal.jpl.nasa.gov/

Pero esa sensación de alivio se tiñe de anticipación, pues tantos recibidos requieren de tiempo para poder procesarse, y el equipo tiene que esperar meses para averiguar si su esfuerzo masivo fue realmente un éxito.

“Pero, aunque las primeras imágenes son horribles y lavadas, ya podemos probar por primera vez algunas predicciones básicas de la teoría de la Relatividad General de Einstein en el ambiente extremo de un agujero negro”, dice el radioastrónomo Heino Falcke de la Universidad de Radboud en Nijmegen, los Países Bajos.

Esta es la primera imagen de Sagitario A*. Aunque como comentan los

radioastrónomos del proyecto es borrosa, es la primera vez que se obtiene

y se espera que con el procesamiento de la información se mejore enormemente


Introducida en 1915, la teoría revolucionaria de Einstein dice que la materia deforma o curva la geometría del espacio-tiempo. La existencia de agujeros negros muy masivos fue una de las primeras predicciones de la teoría de Einstein.



“Son el último punto final del entramado del espacio-tiempo, y pueden representar el límite último de nuestro conocimiento”, dice Falcke. Sin embargo, los astrónomos ahora tienen evidencia circunstancial de que se esconden en el corazón de cada gran galaxia en el universo. Incluso Einstein no estaba seguro de que realmente existían.

Crédito de la imagen: NASA: https://photojournal.jpl.nasa.gov/

Interferometría de radio
Esta red de radiotelescopios denominada el telescopio del horizonte de sucesos se montó con colaboración y cooperación entre socios internacionales y se extiende desde la montaña más alta en Hawai al terreno congelado del Polo Sur. Esta red vincula electrónicamente ocho observatorios de radio creando un radiotelescipio virtual tan ancho como el planeta. Cuando se vinculan 2 o más radiotelescopios para obtener una única imagen se usa una técnica denominada interferometría. 


Mirando en el Abismo
De esta manera, el interferómetro está formado por poderosos radiotelescopios de todo el mundo que pueden ser sincronizados para trabajar juntos. Con ello se logra una mejora en la resolución y sensibilidad efectiva más allá de lo que cualquier telescopio único podría lograr. Las grandes distancias entre este conjunto de instalaciones y por ende de los radiotelescopios es denominada la matriz del telescopio del horizonte de sucesos. Cuanto mayor sea esta matriz, más resolución y eficacia tendrá el interferómetro en realidad aumenta su eficacia.

Esta red de radiotelescopios mencionada, el  Event Horizon Telescope, comenzó a funcionar el 4 de abril y lo hizo por un lapso de 5 días consecutivos.

El telescopio se concentró en dos agujeros negros supermasivos: una bestia supermasiva de cuatro millones de soles denominado Sagitario A *, que se encuentra en el centro de la Vía Láctea, y un agujero negro alrededor de 1500 veces más masivo que el Sol situado en el centro de la galaxia cercana M87.

El  Event Horizon Telescope ha sondeado la vecindad de cada uno de estos gigantes mencionados, pero esta es la primera vez que la red ha incluido el Telescopio del Polo Sur y el Gran Conjunto Milimétrico / submilimétrico de Atacama (ALMA), un grupo de 66 antenas de radio situadas en Chile.

El ALMA agudiza la sensibilidad del sistema más de 10 veces, lo que le permite en teoría detectar objetos tan pequeños como una pelota de golf en la luna. Esto es necesario dado que si bien los agujeros negros son muy masivos, su horizonte de sucesos es relativamente pequeño en términos astronómicos

Crédito de la imagen: NASA: https://photojournal.jpl.nasa.gov/

Breve historia sobre Sagitario A *
En 1974, los científicos descubrieron una fuente muy compacta de las ondas de radio procedentes de una región en la constelación de Sagitario, a 26.000 años luz de la Tierra. Apodado Sagitario A * (Sgr A *), la fuente es ahora conocido por ser un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia que posee más de cuatro millones de soles.

Componentes de un agujero negro (resumen)
1. La Singularidad: De acuerdo a las ecuaciones de Einstein, en el centro de un agujero negro se halla toda la masa del objeto que colapsó. Por ejemplo, si se trata de un agujero negro de colapso estelar, toda la masa de la estrella remanente se hallará en un punto infinitamente denso. Al ser un punto es 0 dimensional y es denominado singularidad.

2. Horizonte de sucesos: El horizonte de sucesos es el límite más allá del cual ni siquiera la luz puede escapar de la gravedad del agujero negro.

3. Límite estático: el giro de un agujero negro puede deformar el espacio-tiempo, acelerando o ralentizando la materia que orbita cerca. El límite estático es la órbita donde los objetos que giran en el disco de acreción parecen haberse detenido.

4. El disco de acreción: Cuando la materia cae hacia el agujero negro lo hace en forma de espiral. Una especie de disco o remolino de gas sobrecalentado. Este gas y polvo probablemente gire a velocidades relativistas en torno a agujeros negros supermasivos tipo Sagitario A *. El disco emite calor, ondas de radio, jets de rayos X.

5. X-Ray Jets: Aunque hoy en día está relativamente tranquilo, Sagitario A * puede haberse alimentado de una estrella o de una nube de gas un centenar de veces la masa del sol hace unos 20.000 años. La comida produce chorros de rayos x o jets de rayos X hacia el exterior, desde los polos del agujero negro, que en este caso están inclinados 15 grados desde el plano de la galaxia.
Los astrónomos observan estos agujeros negros en las ondas de radio milimétricas, la banda de longitud de onda que puede penetrar en las densas concentraciones de gas y polvo en el centro de la galaxia y viajar relativamente sin obstáculos a la Tierra.

Impedimento de la lluvia
El agua absorbe y emite ondas de radio en diferentes longitudes, lo que significa que la precipitación confunde observaciones anteriormente mencionadas
Para minimizar este problema, los radiotelescopios se colocan en altas altitudes, en las cimas de montañas o mesetas o en desiertos. La lluvia o la nieve aún pueden afectar al observatorio pero en estas posiciones se minimizan estos factores climáticos. De todas maneras, lo vientos que sacuden a estas alturas también puede apagar un telescopio y dejarlo fuera de operación.

“La probabilidad de tener muy buen tiempo en cada sitio es casi cero”, dice Fish.

Con sólo cinco noches disponibles durante la ventana de observación, Fish y sus colegas se reunieron todos los días para tomar la decisión acerca de activar o no la red, haciendo malabares con la información sobre las condiciones meteorológicas actuales en cada sitio y cómo esas condiciones podrían cambiar en los próximos días. Desde las instalaciones del MIT, Fish estaba monitoreando constantemente el clima en cada sitio en una pantalla y la comunicación con los astrónomos en la otra.



Retrato del agujero negro
Ahora que el resultado de todas las observaciones de cinco días han sido completadas, los astrónomos tienen una larga espera y meses de análisis para averiguar si han producido un retrato del agujero negro con las características esperadas.

Cada observatorio registra tantos datos que no pueden ser transmitidos electrónicamente. En su lugar, la información de todos los telescopios equivalente a la capacidad de almacenamiento de diez mil laptops se grabó en 1.024 unidades de disco duro. Las unidades deben ser enviadas a centros de procesamiento del  Event Horizon Telescope en Haystack del MIT y el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania.

Por otra parte, las unidades de disco duro almacenadas desde el Telescopio del Polo Sur no pueden volar hasta el final de la temporada de invierno; es decir, a finales de octubre.

Una vez que los datos lleguen a cada centro de procesamiento, una pila de servidores llevará a cabo la importante tarea de combinar las señales con marca de tiempo a partir de los ocho observatorios. Comparar y combinar las ondas de radio se debe hacer con cuidado extraordinario, de modo que la información crítica sobre el tamaño y la estructura del horizonte de sucesos no se pierde cuando se añaden los datos todos juntos.

La técnica de la combinación de las ondas de radio, conocida como interferometría de muy larga línea de base, es bastante común en la radioastronomía. Pero por lo general los telescopios no son tan numerosos ni distribuidos en un área tan grande.

Traducido por
Profesor Mariano Miguel Lanzi de

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