Astrónomos capturan la primer imagen de un agujero negro
Fuente INAOE
Ocho telescopios formaron la red del Telescopio del Horizonte de Sucesos, entre ellos, el LMT Alfonso Serrano, en Sierra Negra, Puebla.
El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), ALMA y otros telescopios realizan observaciones que cambiarán el paradigma del colosal agujero negro ubicado en el corazón de la galaxia distante Messier 87.
El Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT por sus siglas en inglés), un arreglo a escala mundial de ocho radiotelescopios forjado a través de la colaboración internacional, fue diseñado para obtener imágenes de un agujero negro. Hoy, en ruedas de prensa coordinadas en todo el planeta, los investigadores del EHT revelan que han tenido éxito develando la primera evidencia visual directa de un agujero negro supermasivo y su sombra.
Este descubrimiento fue anunciado hoy en una serie de seis artículos publicados en un número especial de la prestigiosa revista The Astrophysical Journal Letters. La imagen revela el agujero negro ubicado en el centro de Messier 87 [1], una galaxia masiva localizada en el cercano cúmulo de galaxias de Virgo. Este agujero negro se encuentra a 55 millones de años luz de la Tierra y su masa equivale a 6.5 mil millones de veces la masa del Sol [2].
El EHT enlaza a telescopios alrededor del mundo para formar un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una sensibilidad y resolución sin precedentes [3]. Es resultado de una colaboración internacional de varios años, y ofrece a los científicos una nueva forma de estudiar los objetos más extremos en el Universo, los cuales fueron predichos por la relatividad general de Einstein a cien años del experimento histórico que confirmó por primera vez la teoría [4].
"Estamos dando a la humanidad la primera visión de un agujero negro, una puerta de un solo sentido fuera de nuestro Universo", dijo el director del proyecto EHT Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics/Harvard & Smithsonian. "Este es un hito en la astronomía, una hazaña científica sin precedentes lograda por un equipo de más de 200 investigadores".
Los agujeros negros son objetos cósmicos extremadamente compactos que contienen cantidades increíbles de masa en una región minúscula. Estos objetos afectan de maneras extremas su entorno, deformando el espacio-tiempo y sobrecalentando cualquier material a su alrededor.
"Aunque esté inmerso en una zona brillante, como un disco de gas incandescente, esperamos que un agujero negro creé una región oscura similar a una sombra, algo que predijo la relatividad general de Einstein y que nunca hemos visto", explicó el presidente del Consejo Científico del EHT, Heino Falcke, de la Radboud University de Países Bajos. "Esta sombra, ocasionada por la flexión gravitacional y la captura de luz por el horizonte de eventos, nos revela mucho acerca de la naturaleza de estos objetos fascinantes y nos permite medir la enorme masa del agujero negro de M87".
Diversos métodos de calibración y análisis de imágenes han revelado una estructura en forma de anillo con una región central oscura -la sombra del agujero negro- que persistió en múltiples e independientes observaciones del EHT.
"Una vez que estuvimos seguros de haber obtenido la imagen de la sombra, pudimos comparar nuestras observaciones con modelos computacionales extensivos, que incluyen la física del espacio curvado, materia súper caliente y campos magnéticos intensos. Muchas de las características de la imagen observada empatan sorprendentemente bien con nuestras predicciones teóricas", subrayó Paul T. P. Ho, miembro del consejo del EHT y director del East Asian Observatory [5]. Esto nos da confianza en la interpretación de nuestras observaciones, incluyendo nuestros cálculos de la masa del agujero negro.
Crear el EHT fue un reto formidable que requirió mejorar y conectar una red mundial de ocho telescopios, ya existentes, ubicados en una serie de sitios cuya altitud es verdaderamente desafiante y que incluyen volcanes en Hawai y México, montañas en Arizona y en la Sierra Nevada en España, el desierto de Atacama en Chile y la Antártida.
Para realizar las observaciones del EHT se emplea una técnica denominada interferometría de base muy larga (VLBI, por sus siglas en inglés), la cual sincroniza los telescopios ubicados en distintas partes del mundo y aprovecha la rotación de nuestro planeta para formar un gigantesco telescopio del tamaño de la Tierra que puede observar a una longitud de onda de 1.3 milímetros. Gracias a la VLBI, el EHT puede lograr una resolución angular de 20 microsegundos de arco, lo suficiente como para leer, estando en Nueva York, un periódico en un café de alguna calle de París [6].
Los telescopios que han contribuido a este resultado fueron ALMA, APEX, el IRAM 30-meter Telescope, el James Clerk Maxwell Telescope, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array, el Submillimeter Telescope y el South Pole Telescope [7]. El análisis necesario para transformar los petabytes de datos obtenidos por dichos observatorios en la imagen final fue realizado por supercomputadoras altamente especializadas hospedadas en el Max-PlanckInstitute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack Observatory.
La integración del EHT y las observaciones anunciadas este día representan la culminación de décadas de trabajo observacional, técnico y teórico. Este ejemplo de trabajo en equipo a nivel global requirió la estrecha colaboración de investigadores en todo el mundo. Trece instituciones asociadas trabajaron juntas para crear el EHT, utilizando infraestructura existente y el apoyo de una gran cantidad de agencias. El financiamiento clave fue otorgado por la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, el European Research Council (ERC) de la Unión Europea y agencias de financiamiento en Asia.
"El Gran Telescopio Milimétrico, construido en el Volcán Sierra Negra en México, es uno de los telescopios que se integró más recientemente al experimento EHT. Su ubicación geográfica en la región central de la red de telescopios y el tamaño de su antena le permitieron contribuir de manera importante en la calidad de la imagen del agujero negro de M87, así como a los primeros resultados", mencionó por su parte David Hughes, Director e Investigador Principal del GTM.
El Dr. Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM, mencionó que la obtención de la imagen del agujero negro en el centro de M87 con el EHT marca un punto de inflexión para la astronomía y la física fundamental y abre una nueva era en la que se podrán estudiar agujeros negros a escalas de su horizonte de eventos. Esta imagen representa un enorme logro, resultado de años de trabajo pero, a la vez, es solo el principio. En los próximos años, se esperan no solamente imágenes de estos objetos exóticos, sino también películas.
El Dr. Leopoldo Altamirano Robles, Director General del INAOE, subrayó que se recorrió un largo camino para llegar a la conclusión del GTM en 2018, pero que es un trayecto que ha valido la pena hacer, "y este resultado es una muestra de ello".
La Dra. María Elena Álvarez-Buylla, Directora General del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, reiteró que el Conacyt apoyará la ciencia de frontera como la realizada con base en el GTM, que ha implicado una importante inversión pública que coloca a México en la posibilidad de colaborar en proyectos con gran impacto científico internacional. Asimismo, expresó que será importante usar ésta y otras infraestructuras a su máxima capacidad. También recordó que el Conacyt seguirá apoyando la formación de jóvenes investigadores especialistas en éstas y otras áreas de frontera y expresó que se seguirán desarrollando proyectos tan fascinantes como éste, en donde la comunicación pública y la apropiación social de la ciencia impacten en la mente de los niños y jóvenes para fomentar en ellos la emoción por indagar acerca del Universo y explorar nuevas fronteras del conocimiento.
"Hemos logrado algo que se suponía imposible hace sólo una generación", concluyó Doeleman. "Gracias a la tecnología innovadora y a la construcción de radiotelescopios durante la década pasada, nuestro equipo pudo integrar este nuevo instrumento diseñado para ver lo invisible".
Observatorios participantes
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Atacama Pathfinder Experiment (APEX) web: Tw, Fb, www.eso.org/apex Operated by the European Southern Observatory (ESO, @ESO, @ESOAstronomy) on behalf of Max Planck Institut fuer Radioastronomie (MPIfR, @maxplanckpress, @maxplancksociety), Onsala Space Observatory (@OnsalaRymd, @onsalarymd), and ESO itself.
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Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) web: Tw, Fb, https://www.almaobservatory.org/ ALMA is the result of an international association between Europe (ESO, @ESO, @ESOAstronomy), North America (NRAO, @TheNRAO, @TheNRAO) and East Asia (NAOJ, @naoj.eng, @prcnaoj_en), in collaboration with the Republic of Chile.
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IRAM 30-meter Telescope web: http://www.iram-institute.org/EN/30-meter-telescope.php Operated by Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), a collaboration between Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, @CNRS, @CNRS.fr), Max-Planck-Gesellschaft (@maxplanckpress, @maxplancksociety), and Instituto Geográfico Nacional (IGN, @IGNSpain, @IGNSpain).
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James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) web: Tw, Fb, https://www.eaobservatory.org/jcmt/ Operated by East Asia Observatory (EAO, @EAObservatory) on behalf of National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ, @naoj.eng, @prcnaoj_en), Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI, @kasi.re.kr), and Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics (ASIAA, @epo_asiaa, @asiaa.tw). EAO also partners with Vietnam, Thailand, Malaysia, India and Indonesia.
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Large Millimeter Telescope "Alfonso Serrano" (LMT) web: Tw, Fb, http://www.lmtgtm.org/ Operated by Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE, @inaoe_mx, @inaoe.oficial) and the University of Massachusetts (@UMassAmherst, @UMassAmherst).
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Submillimeter Array (SMA) web: https://www.cfa.harvard.edu/sma/ Operated by the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO, @saoastro, @HarvardSmithsonianCenterForAstrophysics) and the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, @epo_asiaa, @asiaa.tw).
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Submillimeter Telescope (SMT) web: http://aro.as.arizona.edu/ Operated by the University of Arizona (@UofA, @uarizona) through the Arizona Radio Observatory (ARO).
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South Pole Telescope (SPT) web: Tw, https://pole.uchicago.edu/ Operated by a collaboration led by the University of Chicago(@UChicago, @uchicago), with EHT instrumentation provided by the University of Arizona (@UofA, @uarizona).
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One additional observatory that participated in EHT observations in 2018 (and later):
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The Greenland Telescope (GLT) web: Tw, http://vlbi.asiaa.sinica.edu.tw/project.php Operated by the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA, @epo_asiaa, @asiaa.tw) and the Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO, @saoastro, @HarvardSmithsonianCenterForAstrophysics).
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Two additional observatories that will participate in EHT observations in 2020 (and later):
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Kitt Peak 12-meter Telescope website: http://aro.as.arizona.edu/ Operated by the University of Arizona (@UofA, @uarizona) through the Arizona Radio Observatory (ARO).
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NOEMA Observatory web: http://www.iram-institute.org/EN/noema-project.php Operated by Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), a collaboration between Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, @CNRS, @CNRS.fr), Max-Planck-Gesellschaft (@maxplanckpress, @maxplancksociety), and Instituto Geográfico Nacional (IGN, @IGNSpain, @IGNSpain).
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Fuente: https://eventhorizontelescope.org/blog/global-web-tour-eht-observatories?smid=nytcore-ios-share
Notas
[1] La sombra de un agujero negro es lo más cercano a una imagen que podemos obtener del mismo agujero negro, que es un objeto completamente oscuro del cual no puede escapar la luz. La frontera del agujero negro, es decir, el horizonte de eventos del cual el EHT toma su nombre, es 2.5 veces más pequeña que la sombra que produce y es algo menor a 40 mil millones de kilómetros de ancho.
[2] Los agujeros negros supermasivos son objetos astronómicos relativamente pequeños y por ello imposibles de observar directamente, hasta ahora. Ya que el tamaño de un agujero negro es proporcional a su masa, entre más masivo sea, más grande es su sombra. Gracias a su enorme masa y relativa cercanía, se predijo que el agujero negro de M87 era uno de los más grandes que se podrían detectar desde la Tierra, convirtiéndolo en un objetivo perfecto para el EHT.
[3] Aunque los telescopios no están físicamente conectados, son capaces de sincronizar los datos que han obtenido gracias a relojes atómicos, o máseres de hidrógeno, que cronometran con precisión sus observaciones. Estas observaciones fueron realizadas a una longitud de onda de 1.3 milímetros durante una campaña global en 2017. Cada telescopio del EHT produjo una gran cantidad de datos, aproximadamente 350 terabytes por día, los cuales fueron almacenados en discos duros de helio de alto rendimiento. Los datos fueron transportados por vía aérea a las supercomputadoras altamente especializadas, conocidas como correladores, en el Max Planck Institute for Radio Astronomy y en el MIT Haystack Observatory, donde fueron combinados para ser cuidadosamente convertidos en una imagen utilizando novedosas herramientas computacionales desarrolladas por la colaboración.
[4] Hace cien años se realizaron dos expediciones, una a la isla del Príncipe en las costas de África y otra a Sobral, Brasil, con el propósito de observar el eclipse solar de 1919 y probar la teoría de la relatividad general observando si la luz de las estrellas sería doblada alrededor del disco del Sol, tal como lo predijo Einstein. En conmemoración de esas observaciones, el EHT ha enviado a los miembros de su equipo a algunos de los radiotelescopios más aislados y ubicados a mayor altura en el mundo para probar, una vez más, nuestro entendimiento de la gravedad.
[5] El East Asian Observatory (EAO), socio del proyecto EHT, representa la participación de distintos países de Asia, incluyendo China, Japón, Corea, Taiwán, Vietnam, Tailandia, Malasia, India e Indonesia.
[6] La sensibilidad de las futuras observaciones del EHT se incrementará sustancialmente gracias a la participación del IRAM NOEMA Observatory, el Greenland Telescope y el Kitt Peak Telescope.
[7] ALMA es una sociedad del Observatorio Europeo Austral (ESO por sus siglas en inglés), la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de Estados Unidos y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS), junto con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá, el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) de Taiwán, la Academia Sínica Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA; Taiwán), y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI), en cooperación con la República de Chile. APEX es operado por el ESO, el 30-meter telescope es operado por IRAM (en el cual participan MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)), el James Clerk Maxwell Telescope es operado por el EAO, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es operado por el INAOE y UMass, el Submillimeter Array es operado por SAO y ASIAA y el Submillimeter Telescope es operado por el Arizona Radio Observatory (ARO). El South Pole Telescope es operado por la Universidad de Chicago con instrumentos especializados del EHT proporcionados por la Universidad de Arizona.
Enlace en el cual podrán encontrar imágenes del EHT: https://drive.google.com/drive/folders/1uwEjHnbQHcq5g3bsKLu1CV7WUd90iugu
Más información:
Esta investigación fue presentada en una serie de seis artículos publicados hoy en un número especial de The Astrophysical Journal Letters.
La colaboración del EHT involucra a más de 200 investigadores de África, Asia, Europa y América. La colaboración internacional trabaja para obtener las imágenes más detalladas de un agujero negro creando un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una inversión internacional considerable, el EHT enlaza a telescopios existentes utilizando sistemas novedosos para crear fundamentalmente un nuevo instrumento con el más alto poder de resolución angular nunca antes logrado.
Los telescopios que forman parte del EHT son ALMA, APEX, el telescopio de 30 metros de IRAM, el Observatorio IRAM NOEMA, el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM/LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT), el South Pole Telescope (SPT), el Kitt Peak Telescope y el Greenland Telescope (GLT).
La colaboración EHT consiste de 13 instituciones: la Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el East Asian Observatory, la Goethe-Universitaet Frankfurt, el Institut de Radioastronomie Millimétrique, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Max Planck Institute for Radio Astronomy, el MIT Haystack Observatory, el National Astronomical Observatory de Japón, el Perimeter Institute for Theoretical Physics, la Universidad Radboud y el Smithsonian Astrophysical Observatory.
Acerca del GTM: El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es un proyecto binacional liderado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, INAOE, y su socio en Estados Unidos, la Universidad de Massachusetts. Con una antena de 50 metros de diámetro es el telescopio más grande del mundo en su tipo observando a longitudes de onda milimétricas y submilimétricas. Posee una batería de instrumentos que permite estudiar la formación de estructuras (galaxias, estrellas y planetas) en todas las escalas del Universo. Recientemente el GTM se ha agregado al conjunto de telescopios que forman el Event Horizon Telescope, un proyecto internacional que está analizando la periferia del agujero negro del centro de nuestra galaxia y la de la galaxia M87 en el Cúmulo de Virgo. El GTM ha sido apoyado financieramente, en la parte mexicana, por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT). Para mayor información consultar: www.lmtgtm.org/
