Astrónomos obtienen la primera imagen de un agujero negro.

Un agujero negro real.

El Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto a escala planetaria de ocho radiotelescopios terrestres forjados a través de la colaboración internacional, fue diseñado para capturar imágenes de un agujero negro. En conferencias de prensa coordinadas en todo el mundo, los investigadores de EHT revelaron que tuvieron éxito, revelando la primera evidencia visual directa del agujero negro supermasivo en el centro de Messier 87 y su sombra. La sombra de un agujero negro que se ve aquí es lo más cerca que podemos llegar a la imagen misma del agujero negro, un objeto completamente oscuro del cual la luz no puede escapar. El límite del agujero negro, el horizonte de eventos desde el cual el EHT toma su nombre, es aproximadamente 2,5 veces más pequeño que la sombra que proyecta y mide casi 40 mil millones de kilómetros de ancho. Si bien esto puede sonar grande, este anillo tiene solo unos 40 microarcsegundos, lo que equivale a medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna. Aunque los telescopios que forman el EHT no están conectados físicamente, son capaces de sincronizar los datos que registran con relojes atómicos, los máser de hidrógeno, que sincronizan sus observaciones de forma precisa. Estas observaciones se recopilaron en longitudes de onda de 1,3 mm durante una campaña global de 2017. Cada telescopio del EHT produjo enormes cantidades de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, que se enviaron a supercomputadores altamente especializados, conocidos como correlacionadores, en el Instituto Max Planck de Radioastronomía y en el Observatorio Haystack MIT para su combinación. Luego se convirtieron meticulosamente en una imagen utilizando innovadoras herramientas computacionales desarrolladas por la colaboración.
Crédito: Colaboración EHT

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]

Messier 87 (M87) es una enorme galaxia elíptica ubicada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, visible en la constelación de Virgo. Fue descubierta por Charles Messieren 1781, pero no fue identificado como una galaxia hasta el siglo XX. Se encuentra entre las galaxias más grandes del universo local: posee el doble de masa de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y contiene hasta diez veces más estrellas.Además de su tamaño original, M87 tiene algunas características muy únicas. Por ejemplo, contiene un número inusualmente alto de cúmulos globulares: mientras nuestra Vía Láctea contiene menos de 200, M87 tiene aproximadamente 12.000, que según algunos científicos teorizan habría recolectado de sus vecinos más pequeños. Al igual que con todas las demás galaxias grandes, M87 tiene un agujero negro supermasivo en su centro. La masa del agujero negro en el centro de una galaxia está relacionada con la masa de la galaxia en general, por lo que no debería sorprender que el agujero negro de M87 sea uno de los más masivos conocidos. El agujero negro también puede explicar una de las características más energéticas de la galaxia: un chorro de relativista de materia que se expulsa a casi la velocidad de la luz. El agujero negro fue objeto de observaciones para cambiar paradigmas por parte del Event Horizon Telescope. El EHT lo eligió como el objetivo de sus observaciones por dos razones. Si bien la resolución de la EHT es increíble, también tiene sus límites. En vista que los agujeros negros más masivos son también más grandes en diámetro, el agujero negro central de M87 presentaba un objetivo inusualmente grande, lo que significa que se podría obtener imágenes más fácilmente que los agujeros negros más pequeños que se encuentran más cerca. La otra razón para elegirlo fue claramente más terrenal. M87 aparece bastante cerca del ecuador celeste cuando se ve desde nuestro planeta, haciéndolo visible en la mayor parte de los hemisferios norte y sur. Esto maximizó el número de telescopios en el EHT que podían observarlo, aumentando la resolución de la imagen final. FORS2 capturó esta imagen en el Very Large Telescope de ESO como parte del programa Cosmic Gems, una iniciativa de divulgación que utiliza los telescopios de ESO para producir imágenes de objetos interesantes, intrigantes o visualmente atractivos con fines educativos yde divulgación pública. El programa utiliza el tiempo de telescopio que no se puede usar para las observaciones científicas, y produce imágenes impresionantes de algunos de los objetos más sorprendentes en el cielo nocturno. En caso de que los datos recopilados puedan ser útiles para futuros propósitos científicos, estas observaciones se guardan y se ponen a disposición de los astrónomos a través del ESO Science Archive. Crédito: ESO

“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.

Esta representación artística muestra el agujero negro en el corazón de la enorme galaxia elíptica Messier 87 (M87). Este agujero negro fue elegido como el objeto de observaciones para cambiar paradigmas por parte del Event Horizon Telescope. Se muestra el material sobrecalentado que rodea el agujero negro, al igual que el chorro relativista lanzado por el agujero negro de M87. Crédito: ESO / M. Kornmesser.

“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 Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter 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.

Imagen simulada de un agujero negro de acreción. El horizonte de eventos está en el centro de la imagen, y la sombra se puede ver con un disco de acreción giratorio que lo rodea. Crédito: Bronzwaer / Davelaar / Moscibrodzka / Falcke / Universidad Radboud. 

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.

Enlaces (en inglés)

Paper I: The Shadow of the Supermassive Black Hole

Paper II: Array and Instrumentation

Paper III: Data processing and Calibration

Paper IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole

Paper V: Physical Origin of the Asymmetric Ring

Paper VI: The Shadow and Mass of the Central Black Hole

Notas.

[1]  La sombra de un agujero negro es lo más cercano a una imagen del agujero negro en sí que podamos obtener, puesto que se trata de un objeto totalmente oscuro, del cual la luz no logra escapar. Los límites del agujero negro, conocidos como horizonte de eventos —de ahí el nombre del EHT: ‘Telescopio de Horizonte de Eventos’—, son cerca de 2,5 veces más pequeños que la sombra que proyectan, y tienen un poco menos de 40.000 millones de kilómetros de diámetro.

[2] Los agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos relativamente pequeños, y por eso habían sido imposibles de observar directamente hasta ahora. Como el tamaño de los agujeros negros es proporcional a su masa, mientras más grande sea la masa, mayor es la sombra que proyectan. Debido a su enorme masa y relativa cercanía, el agujero negro de M87 debía ser uno de los más grandes que se podían observar desde la Tierra, con lo cual era perfecto para ser estudiado con el EHT.

[3] Aunque no están físicamente conectados, estos telescopios pueden sincronizar los datos que recaban gracias a unos relojes atómicos —o máseres de hidrógeno— que registran con gran precisión la hora exacta de las observaciones. Estas observaciones se realizaron a una longitud de onda de 1,3 mm durante una campaña internacional organizada en 2017. Cada telescopio del EHT produjo grandes cantidades de datos (cerca de 350 terabytes por día), que se almacenaron en discos duros de alto rendimiento llenos de helio. Los discos duros fueron transportados por avión para ser combinados en supercomputadores altamente especializados (conocidos como correlacionadores) del Instituto de Radioastronomía Max Planck y el MIT Haystack Observatory. Luego se sometieron a un trabajoso proceso para ser convertidos en imagen usando herramientas informáticas desarrolladas por los equipos participantes.

[4] Hace 100 años se enviaron dos expediciones a la isla de Príncipe, frente a la costa de África, y a Sobra, en Brasil, para observar el eclipse solar de 1919 con el fin de poner a prueba la relatividad general. El experimento consistía en ver si la luz de las estrellas se curvaría alrededor del Sol, como había predicho Albert Einstein. En un proyecto reminiscente de esa iniciativa, el EHT envió científicos a algunos de los radio observatorios más altos y aislados del mundo para estudiar nuevamente la gravedad.

[5] La participación del East Asian Observatory (EAO) en el EHT reúne a distintos países de la región, como China, Japón, Corea, Taiwán, Vietnam, Tailandia, Malasia, India e Indonesia. 

[6] Las observaciones futuras del EHT contarán con una sensibilidad considerablemente mayor gracias a la participación del Observatorio NOEMA del IRAM, el Telescopio de Groenlandia y el Kitt Peak Telescope.

[7] ALMA es una colaboración del Observatorio Europeo Austral (ESO, en su sigla en inglés), en representación de sus Estados miembros; la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF), y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón, junto con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRCC), el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán, el Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica (ASIAA; Taiwán) y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI; República de Corea), en cooperación con la República de Chile. APEX es operado por ESO, el IRAM 30m es operado por el Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM).

Contactos.

Heino Falcke

Jefe del Consejo Científico del EHT, Universidad Radboud

Países Bajos

Teléfono fijo: +31 24 3652020

Correo electrónico: h.falcke@astro.ru.nl

Shep Doeleman

Director del Event Horizon Telescope (EHT)

Centro de Astrofísica de Harvard & Smithonian Cambridge, Massachusetts EE.UU.

Teléfono fijo: +1 617 496 7762

Correo electrónico: sdoeleman@cfa.harvard.edu

Vídeos relacionados.

Entrando en el corazón de Messier 87.

El Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto a escala planetaria de ocho radiotelescopios terrestres forjados a través de la colaboración internacional, fue diseñado para capturar imágenes de un agujero negro. En conferencias de prensa coordinadas en todo el mundo, los investigadores de EHT revelaron que tuvieron éxito, y mostraron la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y su sombra. Este video comienza con una vista de ALMA y se enfoca en el corazón de M87, mostrando sucesivamente observaciones más detalladas y culminando en la primera evidencia visual directa de la sombra de un agujero negro supermasivo. Créditos: ESO / L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, ESA / Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., Colaboración EHT. Música: niklasfalcke

A la sombra de un agujero negro. 

El Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto a escala planetaria de ocho radiotelescopios terrestres forjados a través de la colaboración internacional, fue diseñado para capturar imágenes de un agujero negro. En conferencias de prensa coordinadas en todo el mundo, los investigadores del EHT revelaron que tuvieron éxito, y mostraron la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y su sombra. Esta película de 17 minutos explora los esfuerzos que llevaron a alcanzar esta imagen histórica, desde la ciencia de Einstein y Schwarzschild hasta las dificultades y éxitos de la colaboración de EHT. Crédito: ESO

Simulación de un Agujero Negro Supermasivo. 

Anticipándose a la primera imagen de un agujero negro, Jordy Davelaar y sus colegas construyeron una simulación de realidad virtual de uno de estos fascinantes objetos astrofísicos. Su simulación muestra un agujero negro rodeado de materia luminoso. Esta materia desaparece en el agujero negro de forma similar a un vórtice, y las condiciones extremas hacen que se convierta en un plasma brillante. La luz emitida es desviada y deformada por la poderosa gravedad del agujero negro. Créditos: Jordy Davelaar et al./ Universidad Radboud / BlackHoleCam

Impresión artística del agujero negro en el corazón de M87. 

Esta representación artística muestra el agujero negro en el corazón de la enorme galaxia elíptica Messier 87 (M87). Este agujero negro fue elegido como el objeto de observaciones para cambiar paradigmas por parte del Event Horizon Telescope. Se muestra el material sobrecalentado que rodea el agujero negro, al igual que el chorro relativista lanzado por el agujero negro de M87. Créditos: ESO / M. Kornmesser

El EHT, un conjunto de escala planetaria.

Esta imagen muestra la ubicación de algunos de los telescopios que forman el EHT, así como las líneas de base largas entre los telescopios. Créditos: ESO / L. Calçada

Astrónomos capturan la imagen de un agujero negro.

Otros enlaces de interés:

• En busca de lo imposible: obtener la primera foto de un agujero negro.
• Nueva herramienta de ALMA permitirá sondear agujero negro supermasivo.
• Chandra captura rayos X en coordinación con el Telescopio Horizonte de Eventos (EHT).
• Un equipo de astrónomos capta la primera imagen de un agujero negro - ESO.
• Radio Astronomy and Black Holes - NRAO.

Publicado en ALMA el 10 de abril del 2.019, enlace publicación.