En abril de 2019, los científicos publicaron la primera imagen de un agujero negro en la galaxia M87 utilizando el Event Horizon Telescope EHT. Sin embargo, ese logro notable fue solo el comienzo de la historia científica que se contará.
Los datos de 19 observatorios publicados hoy prometen brindar una visión incomparable de este agujero negro y el sistema que alimenta, y mejorar las pruebas de la Teoría de la relatividad general de Einstein.
"Sabíamos que la primera imagen directa de un agujero negro sería revolucionaria", dice Kazuhiro Hada del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, coautor de un nuevo estudio publicado en Las cartas del diario astrofísico que describe el gran conjunto de datos. "Pero para aprovechar al máximo esta notable imagen, necesitamos saber todo lo que podamos sobre el comportamiento del agujero negro en ese momento mediante la observación de todo el espectro electromagnético".
La inmensa atracción gravitacional de un agujero negro supermasivo puede impulsar chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz a través de grandes distancias. Los chorros de M87 producen luz que abarca todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta luz visible y rayos gamma. Este patrónes diferente para cada agujero negro. La identificación de este patrón brinda información crucial sobre las propiedades de un agujero negro, por ejemplo, su giro y producción de energía, pero es un desafío porque el patrón cambia con el tiempo.
Los científicos compensaron esta variabilidad coordinando observaciones con muchos de los telescopios más poderosos del mundo en tierra y en el espacio, recolectando luz de todo el espectro. Estas observaciones de 2017 fueron la campaña de observación simultánea más grande jamás realizada en un agujero negro supermasivo con chorros.
Tres observatorios administrados por el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian participaron en la campaña histórica: el Submillimeter Array SMA en Hilo, Hawaii; el Observatorio de rayos X Chandra con base en el espacio; y el Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array SystemVERITAS en el sur de Arizona.
Comenzando con la imagen ahora icónica del EHT de M87, un nuevo video lleva a los espectadores a un viaje a través de los datos de cada telescopio. Cada cuadro consecutivo muestra datos en muchos factores de diez en escala, tanto de longitud de onda de luz como de tamaño físico.
La secuencia comienza con la imagen de abril de 2019 del agujero negro. Luego se mueve a través de imágenes de otros conjuntos de radiotelescopios de todo el mundo SMA, moviéndose hacia afuera en el campo de visión durante cada paso. A continuación, la vista cambia atelescopios que detectan luz visible, luz ultravioleta y rayos X Chandra. La pantalla se divide para mostrar cómo estas imágenes, que cubren la misma cantidad de cielo al mismo tiempo, se comparan entre sí. La secuencia termina mostrando quéLos telescopios de rayos gamma en el suelo VERITAS y Fermi en el espacio, detectan desde este agujero negro y su chorro.
Cada telescopio ofrece información diferente sobre el comportamiento y el impacto del agujero negro de 6.500 millones de masas solares en el centro de M87, que se encuentra a unos 55 millones de años luz de la Tierra.
"Hay varios grupos ansiosos por ver si sus modelos concuerdan con estas ricas observaciones, y estamos emocionados de ver que toda la comunidad usa este conjunto de datos públicos para ayudarnos a comprender mejor los vínculos profundos entre los agujeros negros y sus chorros", dice el coautor Daryl Haggard de la Universidad McGill en Montreal, Canadá.
Los datos fueron recopilados por un equipo de 760 científicos e ingenieros de casi 200 instituciones, que abarcan 32 países o regiones, y utilizando observatorios financiados por agencias e instituciones de todo el mundo. Las observaciones se concentraron desde finales de marzo hasta mediados deAbril de 2017.
"Este increíble conjunto de observaciones incluye muchos de los mejores telescopios del mundo", dice el coautor Juan Carlos Algaba de la Universidad de Malaya en Kuala Lumpur, Malasia. "Este es un maravilloso ejemplo de astrónomos de todo el mundo trabajando juntos en elbúsqueda de la ciencia. "
Los primeros resultados muestran que la intensidad de la luz producida por el material alrededor del agujero negro supermasivo de M87 fue la más baja jamás observada. Esto produjo las condiciones ideales para ver la 'sombra' del agujero negro, además de poderaislar la luz de las regiones cercanas al horizonte de sucesos de esas decenas de miles de años luz de distancia del agujero negro.
La combinación de los datos de estos telescopios y las observaciones actuales y futuras del EHT permitirá a los científicos llevar a cabo importantes líneas de investigación en algunos de los campos de estudio más importantes y desafiantes de la astrofísica. Por ejemplo, los científicos planean utilizar estos datospara mejorar las pruebas de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Actualmente, las incertidumbres sobre el material que gira alrededor del agujero negro y es expulsado en chorros, en particular las propiedades que determinan la luz emitida, representan un obstáculo importante para estas pruebas de Relatividad General.
Una pregunta relacionada que se aborda en el estudio de hoy se refiere al origen de partículas energéticas llamadas "rayos cósmicos", que bombardean continuamente la Tierra desde el espacio exterior. Sus energías pueden ser un millón de veces más altas que las que se pueden producir en el acelerador más poderosoen la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones. Se cree que los enormes chorros lanzados desde agujeros negros, como los que se muestran en las imágenes de hoy, son la fuente más probable de los rayos cósmicos de mayor energía, pero hay muchas preguntas sobre los detalles, incluido elubicaciones precisas donde las partículas se aceleran. Debido a que los rayos cósmicos producen luz a través de sus colisiones, los rayos gamma de mayor energía pueden señalar esta ubicación, y el nuevo estudio indica que es probable que estos rayos gamma no se produzcan cerca del horizonte de eventos, al menosno en 2017. Una clave para resolver este debate será la comparación con las observaciones de 2018 y los nuevos datos que se están recopilando esta semana.
"Comprender la aceleración de partículas es realmente fundamental para comprender tanto la imagen EHT como los chorros, en todos sus 'colores'", dice la coautora Sera Markoff de la Universidad de Ámsterdam. "Estos aviones logran transportarenergía liberada por el agujero negro a escalas más grandes que la galaxia anfitriona, como un enorme cable de alimentación. Nuestros resultados nos ayudarán a calcular la cantidad de energía transportada y el efecto que tienen los chorros del agujero negro en su entorno ".
La publicación de este nuevo tesoro de datos coincide con la carrera de observación de 2021 del EHT, que aprovecha una gama mundial de antenas de radio, la primera desde 2018. La campaña del año pasado se canceló debido a la pandemia de COVID-19, y el año anteriorfue suspendido debido a problemas técnicos imprevistos. Esta misma semana, durante seis noches, los astrónomos de EHT están apuntando a varios agujeros negros supermasivos: el de M87 nuevamente, el de nuestra galaxia llamado Sagitario A *, y varios agujeros negros más distantes.En 2017, la matriz se ha mejorado al agregar tres radiotelescopios más: el Telescopio de Groenlandia, el Telescopio Kitt Peak de 12 metros en Arizona y el Sistema Milimétrico Extendido NOrthern NOEMA en Francia.
"Con la publicación de estos datos, combinada con la reanudación de la observación y un EHT mejorado, sabemos que hay muchos resultados nuevos e interesantes en el horizonte", dice el coautor Mislav Balokovi? De la Universidad de Yale.
"Estoy muy emocionado de ver estos resultados, junto con mis colegas que trabajan en el SMA, algunos de los cuales participaron directamente en la recopilación de algunos de los datos para esta vista espectacular en M87", dice el coautor GarrettKeating, científico del proyecto Submillimeter Array. "Y con los resultados de Sagitario A *, el enorme agujero negro en el centro de la Vía Láctea, que saldrá pronto, y la reanudación de la observación este año, esperamos inclusoresultados más sorprendentes con el EHT en los próximos años ".
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Materiales proporcionado por Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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