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La primera imagen de un agujero negro

10/04/2019 09:00 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Después de dos años analizando los datos, la colaboración Event Horizont Telescope hace público sus resultados y da a conocer la primera imagen de un agujero negro, el agujero negro de la galaxia M87.

Por primera vez la humanidad puede ver un agujero negro: el agujero negro supermasivo de la galaxia M87. En realidad se trata de la sombra de ese agujero negro rodeado por la luz distorsionada procedente del disco de acreción formado por la materia que cae en él.

Un agujero negro no es algo sólido, sino que es una especie de embudo en el propio espacio. Hay una frontera, una esfera que rodea al agujero negro que es el punto de no retorno. Es el horizonte de sucesos o event horizon en inglés.

El radio que marca el horizonte se asocia al radio de Schwarzschild, que debe ser uno de los apellidos con menor proporción de vocales del mundo. Pero para formar un agujero negro hay que comprimir, y mucho, una masa. De este modo, la gravedad podrá formar ese agujero negro al no haber ya nada que lo impida.

El radio de Schwarzschild de un agujero negro con una masa de un kilo es menor que un átomo, así que, incluso aunque no se evaporara, no podría tragarse ni los átomos. Si comprimiéramos la masa de la Tierra hasta conseguir un agujero negro, este tendría un radio de Schwarzschild similar al de un cacahuete. Si hiciéramos lo mismo con el Sol, su radio de Schwarzschild sería similar al de una pequeña ciudad.

Es decir, los agujeros negros son muy pequeños y para conseguir tamaños apreciables se necesitan masas increíblemente enormes que hay que comprimir hasta lo inimaginable. Quien tenga curiosidad sobre algunos ejemplos más puede ver este video.

Esta es la razón por la que hasta ahora no habíamos visto un agujero negro. Dadas las distancias astronómicas de, como mínimo, años luz de distancia, un agujero estelar es básicamente un punto matemático para cualquier telescopio que tengamos al poseer un tamaño de unos pocos kilómetros.

Ahora recordemos de qué depende la resolución de un telescopio. Medida esta resolución angular en segundos de arco es igual a 0, 25 veces la longitud de onda en micras partido por el diámetro del espejo primario en metros:

?= 0, 25 ?/d

Por consiguiente, cuanto mayor es este diámetro, mejor es la resolución al ser esta menor. Esta es una de las razones por la que se construyen telescopios cada vez más grandes, además del mayor poder colector de luz.

Un truco es conectar ópticamente dos o más telescopios que estén separados unos metros de tal modo que la resolución será igual a la distancia entre los dos telescopios. Esta conexión se debe hacer con una precisión equivalente a la longitud de onda de la luz con la que se observa si se desea que funcione. Además, en todo esto estamos despreciado el efecto de la atmósfera terrestre, condición que sólo se da en el espacio. Para que algún día podamos ver exoplanetas orbitando estrellas en la zona de habitabilidad se necesitarán sistema de este tipo.

En conclusión, no podemos ver ningún agujero negro cercano y las pruebas que tenemos de ellos son indirectas a través de los fenómenos muy energéticos que los rodean, principalmente emisiones de rayos X del disco de acreción que los rodea.

Así que un consorcio internacional se planteó ver agujeros negros más grande, como el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, el de Sagitario A*, que es el agujero negro con el tamaño aparente más grande conocido, pero que lo vemos con sólo de 11 microsegundos de arco. También se plantearon hacer lo mismo con el agujero negro de M87 que es todavía mayor y que, pese a estar más lejos (a 53 millones de años luz de nosotros), sería quizás visible.

De hecho, un agujero negro en sí, no se puede ver, en todo caso se ve su "sombra" y el disco de gas caliente que forma el disco de acreción que está por fuera y que emite todo tipo de radiación, incluyendo ondas de radio. Pero cualquier imagen de este fenómeno es contraintuitiva, porque la luz sigue el propio espacio curvado por el agujero negro. la luz sigue caminos curvos cerca de un agujero negro.

El borde interior de la materia del disco de acreción, de este plasma que se mueve a una significativa fracción de la velocidad de la luz, está a 3 radios de Schwarzschild y es la última órbita permitida para la materia. Más adentro, entre el disco y el horizonte de sucesos, se sitúa (a 1, 5 radios de Schwarzschild) la luz que orbita el agujero negro. Como el espacio está curvado, la luz u ondas de radio que nos lleguen lo harán de 2, 6 radios de Schwarzschild hacia afuera. Así que en un posible imagen de un agujero negro habrá una región negra que se corresponderá a esa distancia. Si además el disco de acreción está de lado respecto a nuestra perspectiva, entonces, debido a la curvatura, veremos la parte del disco que está al otro, tanto la de abajo como la de arriba de un modo muy similar a lo representado en la película Interstellar. Además, a todo ello hay que añadir que, por efecto Doppler, la imagen que se vea tiene que ser asimétrica, pues la matería del disco gira rápidamente. Más detalles sobre todo esto se pueden ver aquí.

El tamaño absoluto del agujero negro de Sagitario A* es, más o menos, similar al de la órbita de Mercurio, pero está a 25 000 años luz de distancia a nosotros. Tiene una masa de cuatro millones de masas solares. El de M87 que es todavía mayor, con 6400 millones de masas solares, y con el que parece que ha habido más suerte al final.

Al estar ambos dentro de zonas de gas y polvo de los centros galacticos, que básicamente nos impide ver nada en luz visible, estos investigadores se decantaron por las ondas de radio, a las que ese polvo es transparente. Además, esto les permitía usar radiotelescopios, cuya interferometría es mucho más sencilla al ser posible de modo electrónico.

Pero, en este caso, la longitud de onda es más larga y la fórmula de antes nos castiga con un diámetro enorme. Para poder intentar ver algo así uno se tiene que ir a tamaños similares al diámetro terrestre. Y aquí está la belleza del asunto, se pueden usar varios telescopios repartidos por el globo terrestre para acometer esta empresa.

El consorcio ha usado varios radiotelescopios ubicados en distintos continentes incluyendo la Antártida que, operando en la gama milimétrica y submilimétrica y sincronizados con relojes atómicos, logran así formar un radiotelescopio equivalente al tamaño de la Tierra. Al proyecto lo denominaron Event Horizon Telescope o EHT y la meta final era tener una imagen del agujero negro o, más bien, de lo que le rodea el agujero negro de Sagitario A* de nuestra galaxia y el de M87.

Uno de los radiotelescopios usados es el IRAM 30 situado en Pico Veleta (España), que mide 30 metros de ancho. Fuente: IRAM.

Según los proponentes del proyecto, la idea era abrir una nueva ventana en el estudio de la Relatividad General para campos gravitatorios intensos, así como los procesos de acumulación y salida en el borde de un agujero negro, sobre la existencia de horizontes de sucesos y otros aspectos de la física de los agujeros negros.

Recolectaron los datos entre 2014 y 2017 y es ahora cuando publican los resultados. Al parecer, el análisis de datos resultó tener complicaciones técnicas más complejas de lo previsto. De hecho, juntar o combinar las señales recibidas de distintos radiotelescopios no es fácil. El conjunto de antenas generaba 64 Gigas de datos por segundo, algo que no se puede transmitir por fibra óptica ni nada por el estilo. Tuvieron que almacenar los 27 Petas de datos generados en discos duros, enviarlos por avión (sistema Sneakernet) y recopilarlos físicamente. Como dijo aquel, nunca menosprecies el ancho de banda de un camión cargado de discos duros. El análisis de estos datos se ha realizado con una red de superordenadores de 800 CPU.

Al final parece que consiguieron reducir todos los datos y acaban de presentar los resultados en seis conferencias de prensa en varios idiomas en distintos lugares el mundo, en concreto en Washington, Bruselas, Santiago de Chile, Madrid, Shanghai, Taipei y Tokio. Conferencias que fueron anunciadas previamente, creando con ello gran expectación.

Ahora ya disponemos de esa imagen, de ese fenómeno que, hasta ahora, sólo podíamos ver a través de simulaciones y representaciones artísticas. Es la imagen del agujero negro de M87 y lo que le rodea, con una "sombra" (la parte negra central) que es 2, 5 veces mayor que el horizonte de sucesos, que con un tamaño de 40000 millones de kilómetros es mayor que nuestro Sistema Solar (unas cuatro veces la órbita de Neptuno). Este agujero consume una masa como la del Sol cada día y el disco de acreción es más brillantes que todas estrellas de esa galaxia.

Al parecer, ha habido peor suerte con Sagitario A*, pues varía mucho y es más complicado hacer interferometría. No obstante se espera que también se pueda procesar su imagen al final y que dispongamos de ella pronto.

Se han enviado ya seis artículos a The Astrophysical Journal Letters sobre los resultados de esta colaboración internacional. En unos días publicaran los datos para que puedan ser estudiados por la comunidad científica.

Los resultados encajan con lo que se esperaba y con la Relatividad General, que, una vez más, sale victoriosa de otro test experimental.

Los responsables del EHT esperan organizar nuevas campañas de observación para aumentar así el poder de resolución y la sensibilidad del sistema, tanto para observar el agujero negro de la galaxia M87, como el de nuestra galaxia. Entre otras cosas les falta analizar la polarización de la luz, lo que permitirá saber sobre el campo magnético presente.

Copyleft: atribuir con enlace a htpps://neofronteras.com

Fuentes y referencias:

Artículos originales (en abierto).

Rueda de prensa.

Web de EHT.

Fotos: Colaboración EHT.


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Autor:
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Fuente:
neofronteras.com
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Tipo:
Reportaje
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Creative Commons License
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