Primera foto de un agujero negro: cómo los científicos combinaron en el Event Horizon Telescope el poder de 8 telescopios para lograr una imagen histórica

La existencia de estos objetos supermasivos fue confirmada, pero jamás hasta ahora habían sido fotografiados.

10/04/2019

El agujero negro fotografiado en el corazón de la galaxia M87, en la constelación de Virgo, es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. EHT Collaboration

En medio de una gran expectativa, científicos internacionales presentaron este miércoles la primera fotografía jamás captada de un agujero negro supermasivo.

Seis conferencias de prensa principales tuvieron lugar a la misma hora, 13:00 GMT, en Bélgica, Santiago de Chile, Shanghái, Tokio, Taipei y Washington D.C., para presentar esta imagen histórica.

La existencia de estos objetos supermasivos fue confirmada, pero jamás hasta ahora habían sido fotografiados.

Para captar una imagen de ese tipo fue necesario combinar el poder de radiotelescopios en distintos puntos de la Tierra para transformar al planeta en un único y gran telescopio virtual.

En concreto fueron ocho.

El nombre del proyecto es Telescopio del Horizonte de Sucesos, Event Horizon Telescope o EHT por sus siglas en inglés, una colaboración internacional en la que participan cerca de 200 científicos.

Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT)

BBC

El EHT fotografió la silueta circular opaca que un agujero negro proyecta sobre un fondo más brillante. El borde de esa sombra es el llamado horizonte de sucesos, el punto de no retorno más allá del cual la gravedad es tan extrema que incluso la luz no puede escapar.

Como observar una naranja en la Luna

Se esperaba que los científicos presentaran imágenes del horizonte de sucesos de dos agujeros negros.

Uno de ellos, llamado Sagitario A* o Sgr A*, es un agujero negro masivo en el centro de la Vía Láctea.

Tiene una masa aproximada de cuatro millones de veces la masa del Sol y se encuentra a 26.000 años luz de la Tierra.

Agujero negro

El agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea es conocido como Sagitario A* (Sgr A*). Science Photo Library

Pero la imagen divulgada este martes fue la del agujero negro en el corazón de la galaxia M87 en la constelación de Virgo.

Si bien se trata de objetos masivos, debido a su distancia es muy difícil captarlos.

El director de la iniciativa EHT, Sheperd Doeleman, señaló que el desafío es comparable a observar desde la Tierra una naranja que se encuentra en la superficie de la Luna.

Ilustración de un agujero negro

Hasta ahora solo había ilustraciones artísticas de agujeros negros como ésta de la NASA. NASA/JPL-Caltech

Para poder obtener una imagen de un agujero negro se necesita un telescopio con una tremenda capacidad de resolución.

La solución ha sido orquestar muchos radiotelescopios en distintos puntos de la Tierra para que funcionaran como un único telescopio.

Desde Chile a México

En las observaciones del EHT han participado, entre otros telescopios, los siguientes: ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array o Gran Conjunto Milimétrico-submilimétrico de Atacama) en Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment o Experimento Pionero de Atacama) también en Chile; además de IRAM 30 m en Sierra Nevada, España; el LMT (Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano), en México; el telescopio James Clerk Maxwell en Hawái y el SPT (Telescopio del Polo Sur), en Antártica.

Radiotelescopios de ALMA

ALMA, el Gran Conjunto Milimétrico-submilimétrico de Atacama, es uno de los telescopios que participa en el proyecto. ESO

¿Cómo es posible sumar el poder de tantos telescopios?

El proyecto utilizar “interferometría de muy larga base” o VLBI por sus siglas en inglés (Very Long Baseline Interferometry), una técnica que permite observar un objeto con varios radiotelescopios a gran distancia y procesar luego en forma conjunta los datos de todas las antenas participantes.

Reloj atómico

Para coordinar los telescopios, la antena de cada uno está dotada de un reloj atómico que registra el tiempo preciso en el que recibe las señales de radio del objeto estudiado.

Y todos los datos son combinados usando esos tiempos como referencia.

Pero se trata de un proceso delicado.

Mapa de los sitios donde se encuentran los telescopios del EHT

EHT
El poder de todos los telescopios es combinado mediante una técnica llamada interferometría.

El vapor de agua en la atmósfera absorbe una fracción de las ondas de radio que pasan a través de ella.

Y la dirección de las ondas de radio cambia levemente cuando pasan por el vapor de agua.

Esto significa que las ondas llegan a diferentes tiempos a cada antena, lo que dificulta la síntesis de los datos.

Para minimizar ese efecto, los radio telescopios son construidos en sitio altos y secos, como el desierto de Atacama en Chile, pero aún allí los telescopios no son totalmente inmunes.

Por otra parte, como el EHT utiliza antenas que están a miles de km de distancia, debe tener en cuenta las diferencias en la cantidad de vapor de agua en cada sitio y sus fluctuaciones durante el período de observación.

“Como las notas de una canción”

Los radiotelescopios no cubren además todos los puntos del planeta.

Los científicos crearon algoritmos para cubrir la brecha en los datos.

“Te preguntarás como es posible crear una imagen cuando faltan tantos datos”, señala el proyecto EHT en su sitio.

“Para darte una idea de cómo funciona, puedes pensar en las mediciones que hacemos con los telescopios como las notas en una canción“.

Ilustración de un teclado

EHT
“Puedes pensar en las mediciones que hacemos con los telescopios como las notas en una canción”, señala el proyecto EHT en su sitio.

Cada telescopio produce mediciones que corresponden al tono de una única nota. Si tuviéramos telescopios en cada punto del planeta podríamos oír todas las notas y escuchar una versión perfecta de la canción.

Pero en el caso del EHT, “debemos reconocer la canción a partir de algunas pocas notas”.

El sitio del proyecto ejemplifica el proceso con un video en el que cada nueva observación representa una nota, y cada nota adicional va haciendo más clara la estructura de la canción.

Predicciones de Einstein

El agujero negro fotografiado en el corazón de la galaxia M87 tiene la forma circular que había anticipado Einstein con su teoría de la relatividad.

Einstein había vaticinado hace un siglo cuál sería la forma y tamaño de la sombra de un agujero negro.

Según la teoría de la relatividad, los objetos masivos como planetas, estrellas y agujeros negros deforman el espaciotiempo en su entorno. Interpretamos ese efecto como la presencia de una fuerza gravitacional.

Albert Einstein

AFP
Einstein vaticinó hace un siglo cual sería la forma y tamaño de la sombra de un agujero negro.

Una de las consecuencias de la teoría, la curvatura de la luz al pasar por un objeto masivo, fue confirmada en 1919, en la celebre medición realizada por Arthur Eddington de los aparentes cambios en las posiciones de estrellas durante un eclipse total solar, una ilusión causada por la curvatura de la luz cerca del Sol.

En el caso de un agujero negro, la curvatura espacio tiempo es extremadamente fuerte.

La teoría de la relatividad predice que los fotones emitidos por un gas que cae en un agujero negro deben viajar en trayectorias curvas, formando un anillo de luz alrededor de una silueta oscura que corresponde al agujero negro.

ALMA, en el desierto de Chile

El concepto de interferometría puede entenderse con el ejemplo de uno de los telescopios participantes en el proyecto.

ALMA se encuentra en la llanura de Chajnantor, en la Cordillera de los Andes, a 5.000 metros de altura, y a unos 50 km al este de San Pedro de Atacama en el norte de Chile.

El telescopio está compuesto por 66 antenas de alta precisión, repartidas a distancias que pueden alcanzar los 16 kilómetros.

Antenas de ALMA

A. Marinkovic/X-Cam/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
ALMA está compuesto por 66 antenas que funcionan como un único radiotelescopio.

ALMA estudia la luz de algunos de los objetos más fríos del Universo, que tiene longitudes de onda de alrededor de un milímetro, entre el infrarrojo y las ondas de radio, por lo que se conoce como radiación milimétrica o submilimétrica.

Las antenas trabajan en forma conjunta, como un solo telescopio, en otro ejemplo de un interferómetro, según explica en su sitio el Observatorio Europeo Austral.

Y las señales de las antenas se conjugan y procesan en un supercomputador especializado – el correlacionador de ALMA – que imita el efecto de un telescopio único.

El interferómetro actúa como un solo telescopio, tan grande como el conjunto total de antenas.

Y al incrementar la distancia máxima entre las antenas se incrementa el poder de resolución del interferómetro, permitiéndole detectar detalles más pequeños.


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