Investigación en Astronomía

La primera imagen del agujero negro del centro de nuestra galaxia

Este objeto, denominado Sagitario A*, cuatro millones de veces más masivo que el Sol, ha sido captado por el proyecto internacional Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). Se trata de la primera imagen del agujero negro del centro de nuestra galaxia, en cuya obtención ha participado el Instituto de Astrofísica de Andalucía.

Imagen del agujero negro captado por el EHT.

La imagen representa una visión largamente esperada del enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Investigaciones anteriores habían detectado estrellas girando alrededor de un objeto invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea, lo que sugería que este objeto –conocido como Sagitario A* (nombrado Sagitario A estrella o Sgr A*)– es un agujero negro. La imagen que se difunde hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello. 

Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, ya que se trata de un objeto totalmente oscuro, el gas brillante que lo rodea muestra una firma reveladora: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. Esta nueva visión capta la luz doblada por la poderosa gravedad del agujero negro, que tiene una masa de cuatro millones de veces la del Sol.

“Nos sorprendió lo bien que coincidía el tamaño del anillo con las predicciones de la Teoría de la relatividad general de Einstein», señala el científico principal del proyecto EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica (Taipei). «Estas observaciones sin precedentes han mejorado enormemente nuestra comprensión de lo que sucede en el centro de nuestra galaxia y ofrecen nuevos conocimientos sobre cómo los agujeros negros gigantes interactúan con su entorno”. Los resultados del equipo EHT se publican hoy en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters.

Debido a que el agujero negro se halla a unos veintisiete mil años luz de la Tierra, desde nuestra perspectiva su tamaño en el cielo es, aproximadamente, el de una rosquilla en la Luna. Para obtener la imagen, el equipo empleó el poderoso Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), que unió ocho radiotelescopios distribuidos a lo largo de todo el planeta para formar un solo telescopio virtual del tamaño de la Tierra [1]. El EHT observó Sgr A* varias noches recopilando datos durante numerosas horas seguidas, de forma similar al uso de un tiempo de exposición prolongado en una cámara fotográfica.

Este nuevo hito continúa la senda de la colaboración EHT, que en 2019 difundía la primera imagen de un agujero negro, M87*, situada en el centro de la galaxia más lejana Messier 87.

“Estudios previos, galardonados con el Premio Nobel de Física en 2020, habían demostrado que en el centro de nuestra galaxia reside un objeto extremadamente compacto con una masa cuatro millones de veces mayor que nuestro Sol. Ahora, gracias al EHT, hemos podido obtener la primera confirmación visual de que este objeto es, casi con toda Fseguridad, un agujero negro con propiedades que concuerdan perfectamente con la Teoría de la Relatividad General de Einstein”, afirma José Luis Gómez, miembro del Consejo Científico del EHT y líder del grupo del EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC). Las investigaciones con el EHT forman parte fundamental del proyecto estratégico “Severo Ochoa” del IAA-CSIC. 

“Los dos agujeros negros se ven notablemente similares, a pesar de que el agujero negro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y menos masivo que M87* [2]”, destaca Antonio Fuentes, investigador del IAA-CSIC que participa en el hallazgo. “El hecho de que las imágenes a escala del horizonte de sucesos de Sagitario A* y M87* se vean similares, a pesar de tratarse de dos tipos completamente diferentes de galaxias y dos masas de agujeros negros muy diferentes, es un hallazgo extraordinario que confirma un aspecto clave de la teoría de la Relatividad General”, añade Rocco Lico, investigador del IAA-CSIC y coautor del trabajo.

Este resultado fue considerablemente más difícil que el de M87*, a pesar de que Sgr A* se halla mucho más cerca. El gas en las proximidades de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad -casi tan rápido como la luz- alrededor de Sgr A* y de M87*. Pero, mientras que el gas tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87*, más grande, en Sgr A*, mucho más pequeño, completa una órbita en cuestión de minutos. Así, el brillo y el patrón del gas alrededor de Sgr A* cambiaban rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba.  Por otro lado, el plasma, gas y polvo situados en la dirección de SgrA* dispersan la luz, lo que añade una dificultad adicional al análisis de los datos. “El resultado más apasionante de este análisis es cómo nos permite aprender mucho más sobre nuestra propia galaxia, y no solo proporcionar la primera imagen de su agujero negro central, sino también información sobre el turbulento medio interestelar en el disco galáctico”, destaca Guang-Yao Zhao, científico del IAA-CSIC que participa en el estudio.

El equipo tuvo que desarrollar nuevas y sofisticadas herramientas que dieran cuenta del movimiento del gas alrededor de Sgr A*. Mientras que M87* era un objetivo más fácil y estable, en el que casi todas las imágenes se veían igual, ese no era el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que el equipo extrajo, revelando finalmente el gigante que reside en el centro de nuestra galaxia por primera vez.

Grupo del IAA participante en el proyecto de este gran telescopio.

El esfuerzo ha sido posible gracias al ingenio del equipo de más de trescientas personas de ochenta institutos de todo el mundo que forman la Colaboración EHT. Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos que ha supuesto obtener la primera imagen de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años, utilizando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, todo ello mientras compilaban una biblioteca sin precedentes de agujeros negros simulados para comparar con las observaciones.

“Este resultado supera nuestras previsiones, y en la colaboración estamos entusiasmados: ahora disponemos de imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad única de compararlos y estudiar a fondo cómo funcionan”, señala Thalia Traianou, investigadora del IAA-CSIC que participa en el resultado. “Otro aspecto tremendamente significativo de los resultados es el hecho de que superan las limitaciones fundamentales del proceso de producción de imágenes VLBI al asumir una estructura invariable durante la observación”, añade Ilje Cho (IAA-CSIC), también coautor del estudio. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre cómo se comporta el gas alrededor de los agujeros negros supermasivos, un proceso que aún no se comprende por completo pero que, se cree, juega un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.

Los avances en el EHT continúan: en marzo de 2022 se desarrolló una gran campaña de observación que incluyó más telescopios que nunca. La continua ampliación de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a la colaboración compartir imágenes aún más impresionantes, así como películas de agujeros negros en un futuro próximo.

España ha tenido una contribución esencial en los resultados que presenta hoy el EHT. El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha coliderado a nivel internacional los trabajos necesarios para la obtención de la primera imagen del agujero negro en SgrA*, El equipo del IAA involucrado en el hallazgo está compuesto por los investigadores José Luis Gómez, Antonio Fuentes, Rocco Lico, Guang-Yao Zhao, Ilje Cho, Thalia Traianou, y Antxon Alberdi. Alberdi, director del IAA-CSIC, destaca “la importancia de estos resultados dentro del Plan Estratégico del proyecto «Severo Ochoa» del IAA que, a su vez, está proporcionando fondos para la contratación de personal investigador de excelencia para este proyecto».

También han participado en el resultado la Universidad de Valencia, que ha llevado a cabo una parte muy importante del análisis de los datos del EHT, y la antena IRAM de treinta metros situada en Sierra Nevada (Granada), que ha jugado un papel esencial en las observaciones que han permitido obtener la primera imagen del agujero negro en SgrA*.

REFERENCIA ARTÍCULOS: The Astrophysical Journal Letters