Con colaboración de ALMA astrónomos obtienen primera imagen de un agujero negro

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El Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto global de ocho radiotelescopios terrestres que opera en el marco de una colaboración internacional, fue diseñado para obtener imágenes de un agujero negro. Hoy, en conferencias de prensa organizadas en distintos países, los investigadores del EHT revelaron la primera prueba visual directa de la existencia de un agujero negro supermasivo y su sombra.

El hallazgo fue anunciado hoy en seis artículos publicados en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters. La imagen obtenida confirma la presencia de un agujero negro en el centro de Messier 87 1, una galaxia masiva que habita Virgo, un cúmulo de galaxias cercano a nosotros. El agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y tiene una masa 6.500 millones de veces superior a la de nuestro Sol 2.

El EHT reúne telescopios ubicados en distintas partes del globo para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra dotado de una sensibilidad y una capacidad de resolución sin precedentes 3. El EHT es el resultado de años de colaboración internacional, y brinda a los científicos una nueva manera de estudiar los objetos más extremos del Universo, predichos por la relatividad general de Einstein, durante el centenario del experimento histórico que confirmó la teoría por primera vez. 4

“Estamos dando a la Humanidad la primera imagen de un agujero negro; es una puerta de salida de nuestro Universo”, manifestó Sheperd S. Doeleman, del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian y director de proyecto del EHT. “Este es un hito en astronomía, una proeza científica sin precedentes lograda por un equipo de más de 200 investigadores”.

Los agujeros negros son objetos cósmicos extraordinarios, caracterizados por tener una masa enorme en un tamaño muy compacto. La presencia de estos objetos afecta su entorno de maneras extremas, curvando el espacio-tiempo y supercalentando todo el material circundante.

“Si está inmerso en una región luminosa, como un disco de gas brillante, se espera que el agujero negro produzca una zona oscura similar a una sombra, algo que había sido predicho por la relatividad general de Einstein y que nunca habíamos visto antes”, explica Heino Falcke, de la Universidad Radboud (Países Bajos), quien se desempeña como director del Consejo Científico del EHT. “Esta sombra, causada por la curvatura gravitacional y la captura de luz por el horizonte de eventos, revela mucho acerca de la naturaleza de estos objetos fascinantes, y nos permitió medir la enorme masa del agujero negro de M87”.

Gracias al uso de diferentes métodos de calibración y obtención de imágenes, se pudo revelar la presencia de una estructura circular alrededor de una zona oscura —la sombra del agujero negro— en múltiples observaciones independientes realizadas por el EHT.

“Una vez que tuvimos la certeza de haber obtenido una imagen de la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con complejos modelos informáticos que incorporaban las características físicas de la curvatura del espacio, el supercalentamiento de la materia y campos magnéticos intensos. Muchos de los aspectos de la imagen obtenida coinciden sorprendentemente bien con nuestra comprensión teórica”, señaló Paul T. P. Ho, miembro del directorio del EHT y director del East Asian Observatory 5. “Esto nos da confianza en la interpretación de nuestras observaciones, incluida nuestra estimación de la masa del agujero negro”.

La creación del EHT fue un enorme desafío que requirió modernizar y conectar una red mundial de ocho telescopios existentes en distintos emplazamientos a gran altitud. Estas instalaciones se encuentran en volcanes de Hawái y México, en montañas de Arizona (Estados Unidos) y en la Sierra Nevada de España, en el desierto de Atacama, en Chile, y en la Antártica.

Las observaciones del EHT usan una técnica conocida como interferometría de línea de base muy larga (VLBI, en su sigla en inglés), que sincroniza telescopios de todo el mundo y aprovecha la rotación de nuestro planeta para crear un gran telescopio del tamaño de la Tierra que observa a una longitud de onda de 1,3 mm. Esta técnica permite al EHT alcanzar una resolución angular de 20 microarcosegundos, suficiente para leer un periódico en Nueva York desde un café en París 6.

Los telescopios que participaron en este trabajo son ALMA, APEX, el IRAM 30 m, el James Clerk Maxwell Telescope, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso SerranoSubmillimeter ArraySubmillimeter Telescope y el Telescopio del Polo Sur 7, CNRS [Francia] e IGN [España]); el James Clerk Maxwell Telescope es operado por EAO; el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es operado por INAOE y UMass; el Submillimeter Array es operador por SAO y ASIAA; y el Submillimeter Telescope es operado por el Arizona Radio Observatory(ARO). El Telescopio del Polo Sur es operado por la Universidad de Chicago con instrumentos especializados del EHT proporcionados por la Universidad de Arizona.]. Se usaron supercomputadores altamente especializados del Instituto de Radioastronomía Max Planck y el MIT Haystack Observatory para combinar los petabytes de datos brutos recabados.

La construcción del EHT y las observaciones anunciadas hoy representan el desenlace de décadas de trabajo técnico, teórico y de observación, en el marco de una estrecha colaboración internacional que reunió investigadores de todo el mundo. Fueron trece instituciones las que se unieron para crear el EHT con infraestructura existente y el apoyo de distintas entidades. El grueso del financiamiento provino de la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF), el Consejo Europeo de Investigación (CEI) y distintas organizaciones de Asia del Este.

“ALMA, al ser el telescopio milimétrico más grande del mundo, fue clave en esta colaboración”, afirmó Sean Dougherty, director de ALMA. “Realmente ayudó a garantizar una calibración de alta calidad de los datos de cada uno de los otros telescopios del conjunto, lo que dio como resultado las fantásticas imágenes del EHT”.

“Hemos logrado algo que se creía imposible hace tan solo una generación”, celebra Doeleman. “Los avances tecnológicos y la construcción de nuevos radiotelescopios en el último decenio permitieron a nuestro equipo armar este nuevo instrumento, diseñado para ver lo invisible”.

Información adicional

Esta investigación se presentó en una serie de seis artículos publicados hoy en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.

La colaboración de EHT involucra a más de 200 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y del Sur. Esta alianza internacional está trabajando para capturar las más detalladas imágenes de agujeros negros posibles, creando un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Respaldado por una considerable inversión internacional, el EHT conecta los telescopios existentes utilizando un innovador sistema que permite crear un instrumento fundamentalmente nuevo con el mayor poder de resolución angular que se haya logrado hasta ahora.

Los telescopios individuales involucrados son: ALMA, APEX, el Telescopio IRAM de 30 metros, el Observatorio IRAM NOEMA, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Telescopio Milimétrico Grande Alfonso Serrano (LMT), el Conjunto de Submilimétrico (SMA), el Telescopio de Submilimétrico (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT).

La colaboración EHT consta de 13 institutos que conforman parte de su directorio: Instituto de Astronomía y Astrofísica de Academia Sinica, Universidad de Arizona, Universidad de Chicago, Observatorio de Asia Oriental, Goethe-Universitaet Frankfurt, Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Gran Telescopio Milimétrico, Instituto Max Planck de Radioastronomía, Observatorio Haystack MIT, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Instituto Perimetral de Física Teórica, Universidad de Radboud y el Observatorio Astrofísico Smithsonian.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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