Desglosando la impresionante imagen del agujero negro de la Vía Láctea

En 2019, los astrónomos capturaron una parte oculta del universo para que la descarguemos en las pantallas de nuestras computadoras. Fue la primera imagen de un agujero negro y reveló la violencia de la bestia espacial. Este vacío caótico, denominado M87*, escupe un chorro de luz y atraviesa directamente la galaxia en la que vive. Pero para el ojo terrenal inexperto, se parece un poco a un bucle de frutas.

El 12 de mayo, el mismo equipo de científicos con los ojos abiertos logró superarse a sí mismos al reconstruir otra imagen alucinante de un abismo cósmico. Aunque esta vez se trataba de un agujero negro “silencioso e inactivo” en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, llamado Sagitario A*, o Sgr A*. Sin embargo, también parece un Fruit Loop, pero quizás uno que se empapa.

Ambas imágenes son logros notables para el campo de la astronomía. Estas son posiblemente las imágenes más impresionantes que la humanidad haya visto. Y se ven como almohadas para el cuello de color naranja difuso o, como dice el astrofísico de la Universidad de Arizona y miembro de Event Horizon Telescope Collaboration, Feryal Özel, “los agujeros negros parecen donas”.

Entonces, ¿qué estamos viendo, exactamente? “Cuando miramos el núcleo de cada agujero negro, encontramos un anillo brillante que rodea la sombra del agujero negro”, dijo Özel.

Sin embargo, antes de entrar en detalles, es importante tener en cuenta que las dos imágenes de agujeros negros que vemos no son el tipo de fotografías a las que estamos acostumbrados a diario. Provienen de observaciones de ondas de radio, que de alguna manera funcionan detectando la intensidad de las partículas de luz, o fotones, en el espacio y luego traduciendo esas señales en patrones visibles. Los fotones súper intensos son “más brillantes”, por ejemplo.

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Esta imagen muestra el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array en Chile, parte de la colaboración Event Horizon Telescope, observando la Vía Láctea y la ubicación de Sagitario A*, el agujero negro supermasivo en nuestro centro galáctico. La imagen de Sagitario A* tomada por la colaboración se destaca en la barra lateral.

ESO/Joseph Francis Salgado, EHT Colaboración

Los agujeros negros no son realmente agujeros negros

Un agujero negro no es exactamente negro, ni exactamente un agujero.

Más bien, es una entidad compleja con múltiples partes móviles, similar a los humanos que tienen un montón de sistemas corporales biológicos. Pero para comprender la imagen reciente de Sgr A* del EHT, debe conocer tres aspectos principales de la anatomía del agujero negro.

Primero está la singularidad.

Los agujeros negros normalmente se forman cuando las estrellas gigantes se colapsan y toda la materia estelar antigua se transforma en un solo punto. Este punto se llama la “singularidad” y tiene una masa tan inmensa, desde la estrella muerta hacia arriba, que su gravedad supera cualquier cosa y todo con la desgracia de caminar demasiado cerca.

Esto incluye gas, polvo e incluso luz. De hecho, la atracción gravitacional de esta entidad es tan fuerte que literalmente deforma el tejido del espacio y el tiempo. Pero, en las imágenes M87* y Sgr A*, este punto es invisible para nosotros. Tenemos que imaginarlo, justo en el centro.

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Una ilustración de la anatomía de un agujero negro.

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En segundo lugar, está el horizonte de sucesos.

El horizonte de eventos es básicamente el límite entre nuestro universo y los escurridizos interiores del vacío. Se encuentra a una cierta distancia muy específica del punto de singularidad llamado radio de Schwarzschild. Cada agujero negro tiene uno, y eso es probablemente lo que les da a los agujeros negros su reputación de “negros”.

Todo lo que cae más allá del horizonte de sucesos queda atrapado en un reino oculto que se nos aparece como oscuridad porque incluso la luz está atrapada allí. El contenido más allá del horizonte nunca puede volver. No sabemos qué les pasa.

En las imágenes EHT, este espacio esférico de realidad alternativa entre la singularidad y el horizonte de eventos se representa mediante círculos negros. Sin embargo, más específicamente, las partes centrales oscuras son las sombras del horizonte de sucesos.

“La sombra es la imagen del horizonte de eventos, es nuestra línea de visión en el agujero negro”, dijo Michael Johnson, miembro de EHT y astrofísico del Centro de Astrofísica, Harvard Smithsonian.

Pero volveremos a eso.

En tercer lugar, y especialmente para las donas en llamas, está la esfera de fotones.

Alrededor de la singularidad y el horizonte de sucesos, capas de gas caliente y polvo quedan atrapadas en una órbita eterna alrededor de estos abismos ensordecedores en lo que se denominan discos de acreción. Si algo de este disco cae dentro del radio de Schwarzschild, es decir, más allá del horizonte de sucesos, se pierde en el universo del agujero negro. Pero la luz está haciendo algo complicado aquí. Y eso nos da nuestra imagen del agujero negro.

A diferencia del gas o el polvo, la luz puede entrar de puntillas suavemente en el radio de Schwarzschild sin volar al vacío. Y si estos fotones viajan en solamente en el buen sentido, “la luz que escapa del gas caliente que gira alrededor del agujero negro nos parece un anillo brillante”, dijo Özel. “La luz que está lo suficientemente cerca como para ser tragada por ella finalmente atraviesa su horizonte y deja solo un vacío oscuro en el centro”.

Es por eso que la colaboración EHT se refiere a sus imágenes como “corazones” de agujeros negros. Las imágenes se magnifican en la esfera fotónica, que técnicamente se acerca aún más a la alucinante y deformante singularidad del espacio-tiempo que incluso al horizonte de sucesos. Si estos vacíos fueran personas, miramos sus corazones latiendo.

En el cielo nocturno, por contexto, la sombra dentro del anillo tiene una longitud de unos 52 microsegundos de arco, dijo el equipo, que es aproximadamente del tamaño de una rosquilla en la Luna vista desde la Tierra. El video a continuación (adorablemente) ilustra este punto.

“Descubrimos que podíamos medir el diámetro del anillo con una precisión de alrededor del 5%”, dijo Johnson. “La mayor parte de la incertidumbre aquí se debe a que no sabemos si el agujero negro está girando o no, y la rotación tiene un pequeño efecto en el diámetro de la sombra”.

Pero todo está distorsionado.

El espacio y el tiempo, o el espaciotiempo, alrededor de los agujeros negros están totalmente distorsionados.

A medida que las partículas de luz, o fotones, escapan del disco de acreción de gas en remolino y prueban los límites del horizonte de eventos, siguen este camino de espacio-tiempo deformado. Por lo tanto, la luz naranja que ve en la parte superior de la imagen del agujero negro EHT no está realmente “encima” del agujero negro. En realidad, está asociado con el final del horizonte de eventos y es parte de un anillo similar a Saturno alrededor de todo el objeto. El hecho es que la distorsión del espacio-tiempo obliga a estos fotones distantes a “doblarse” hacia nosotros.

El siguiente video aclara esto.

Bien qu’il s’agisse d’une simulation d’un système de trous noirs binaires, remarquez comment, lorsque le trou noir bleu est derrière le trou noir orange, vous pouvez voir l’intégralité du bleu en haut et en bas de l ‘naranja. Esto es más o menos lo que sucede con los agujeros negros solitarios, excepto por la luz que orbita su singularidad. De hecho, le sucede a todos los agujeros negros del video.

Asimismo, el horizonte de eventos en sí sigue una especie de distorsión. Básicamente, podemos ver el otro extremo del horizonte de sucesos y, básicamente, todos los ángulos del horizonte allí también.. Todo está “plegado” hacia nosotros. Por desgracia, las partes centrales oscuras de estas imágenes se consideran mejor como “sombras” del horizonte de sucesos. Solo piense en ellos como el punto de no retorno para los fotones, un punto que es visible porque vemos las partículas de luz afortunadas que no quedaron atrapadas allí, moviéndose la barrera entre el universo observable y… todo en la oscuridad del agujero negro.

En cierto sentido, no solo estamos mirando imágenes de agujeros negros, sino que estamos mirando evidencia directa de espacio-tiempo distorsionado. En pocas palabras, estamos buscando evidencia directa de la teoría de la relatividad general de Einstein, la trascendental interpretación de la gravedad del genio.

Y, en una nota de relatividad general, la razón por la que algunas partes del anillo de luz son más brillantes que otras se debe a un fenómeno llamado lente gravitacional. Lente esencialmente gravitacional mejora algunos fotones debido a extrañas consecuencias de distorsión del espacio-tiempo.

Sgr A Especificaciones*

Ahora que sabemos lo que estamos viendo, estas son algunas de las especificaciones del agujero negro recién fotografiado.

Sgr A* está a 26.000 años luz de la Tierra y tiene una masa equivalente a unos 4 millones de veces la de nuestro sol. M87*, por otro lado, está a unos 54 millones de años luz de nosotros y es 1000 veces más masivo que SgrA*. Además, Sgr A* es mucho menos violento, o “hambriento”, como a veces lo llaman los astrónomos. No consume tanto gas de su entorno como el M87*.

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La imagen muestra la escala de Sgr A* en relación tanto con M87* como con otros elementos del sistema solar, como las órbitas de Plutón y Mercurio. También se muestran el diámetro del sol y la ubicación actual de la nave espacial Voyager 1, la nave espacial más alejada de la Tierra.

Colaboración EHT, Lia Medeiros

“Vemos que solo un goteo de material llega al agujero negro”, dijo Johnson. “Si Sgr A* fuera una persona, consumiría un solo grano de arroz cada millón de años”.

Entonces, dice, el agujero negro es ineficiente. “Solo produce unos cientos de veces más energía que el sol, a pesar de ser 4 millones de veces más masivo; la única razón por la que podemos estudiarlo es porque está en nuestra propia galaxia”.

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