Aunque podemos imaginar teóricamente un agujero negro y hay evidencia que apunta a su existencia, nadie ha visto un agujero negro. Esto podría cambiar en unos pocos meses.
Los astrónomos están trabajando para unir una red de telescopios de microondas alrededor del mundo para crear un virtual instrumento con la visión más precisa hasta la fecha. Y lo apuntarán hacia lo que se presupone que es un supermasivo agujero negro en el centro de nuestra galaxia, llamado Sagittarius A* (Sag A*).
Aunque parcialmente construído, el ojo de microondas ya produjo una imagen del monstruo galáctico. En septiembre, un equipo liderado por Shep Doeleman del Instituto de tecnología de Massachusetts, en el observatorio Haystack, publicó resultados que son casi tan buenos para mostrar al reputado agujero negro(Nature, vol 455, p 78).
Al respecto informábamos aquí en la nota "Una mirada cercana al agujero negro de la galaxia".
Pronto, Doeleman y su equipo esperan ver la silueta del objeto imputado de fagocitar cuanta materia se le acerca, incluída la luz. Además el equipo espera ver materia cayendo a "la bestia" para estudiar el retorcido espacio-tiempo a su alrededor y aprender así sobre la formación y crecimiento de estos objetos.
Estas observaciones serían, además, una de las más severas pruebas a la Teoría general de la relatividad, que predice la existencia de estos objetos.
Lo que sabemos de seguro es que algo grande se esconde en el centro de nuestra galaxia, ya que su poderosa gravedad afecta al movimiento de las estrellas y gas cercanos. Ese algo es de unas 4,5 millones de veces la masa de nuestro Sol, en un área del tamaño del sistema solar interior. Hay pocas opciones de empaquetar tanta materia en tan poco espacio. Si fueran 4 millones de soles, serían fáciles de detectar. Un enjambre de estrellas de neutrones o pequeños agujeros negros serían altamente inestables. Así que las mayores chances parecen recaer en un masivo agujero negro.
La Vía Láctea no es la única galaxia que hospeda a semejante inquilino. Se piensa que en la mayoría de las grandes galaxias hay un supermasivo agujero negro. En las llamadas galaxias activas, enormes cantidades de gas están cayendo a un agujero negro, formando un disco de materia caliente a su alrededor que usualmente eclipsa los miles de millones de estrellas circundantes.
Nuestro propio monstruo galáctico es menos alimentado, sobreviviendo en un fina masa de gas de las estrellas cercanas. Al caer este gas hacia el agujero, se calienta y brilla, aunque más débilmente que el disco en una galaxia activa. Toda clase de radiaciones electromagnéticas son emitidas, desde radio a rayos-X.
Por supuesto, el propio agujero no brilla, así que se espera verlo por la sombra que se formaría a su alrededor, dibujando su silueta, al caer el gas brillante al agujero.
Ver esta sombra no es fácil. No tendrá nítidos bordes porque se seguirá viendo luz y otra radiación del gas en frente al agujero. Además, se verá muy pequeña. De acuerdo a la relatividad, un agujero negro de 4,5 millones de masas solares deberían ser de 27 millones de kilómetros de diámetro, y aunque su gravedad comba los rayos de luz cercanos, haciéndolo aparecer el doble de tamaño, seguirá siendo muy pequeña. Desde nuestro distante punto de vista, eso cubriría un ángulo de sólo unos 50 micro-arcosegundos, el tamaño de una pelota de fútbol en la Luna.
Ningún telescopio ordinario podría ver semejante mancha oscura. En cambio, Doeleman está usando una técnica bien probada llamada interferometría de base muy larga (VLBI). Al combinar las observaciones de antenas muy separadas alrededor del planeta, los radio astrónomos pueden reconstruir lo que sería visto por una antena enorme, casi tan grande como la Tierra. Como las antenas pequeñas recogen menos luz, una imagen VLBI es menos brillante que una de una antena que realmente tenga el tamaño del mundo, pero puede revelar los mismos detalles.
Previas observaciones VLBI del centro galáctico han sido borrosas para ver la sombra del gigante. Es que estamos tratando de observar la parte más abarrotada de la galaxia, donde grandes cantidades de gas esparcen las ondas de radio. "Es como una densa niebla borroneando la imagen de una luz de calle", dice la astrofísica Avi Loeb de la Universidad de Harvard.
Pero aún, el gas arremolinándose alrededor del agujero es opaco a la mayoría de las longitudes de onda, poniendo un velo sobre la sombra. Y más fundamentalmente, la resolución depende de la radiación de la longitud de onda que se observa, con longitudes de onda más largas dando una imagen más vaga que las ondas más cortas.
Por suerte, todos estos problemas se pueden evadir si tu telescopio trabaja a longitudes de onda de 1 milímetro. Esa radiación de longitud de onda corta pasa a través de la niebla interestelar y el velo interno de gas. Además, la resolución para un telescopio con antenas separadas por miles de kilómetros es la suficiente, en teoría, para ver la sombra. De hecho, cuanto mayor sea la separación de antenas, mejor.
El equipo de Doeleman adaptó el VLBI para trabajar a una longitud de onda de 1,3 milímetros. En abril de 2007 llevaron sus equipos a los telescopios de Arizona (SMT Telescope), California (CARMA) y Hawai (James Clerk Maxwell).
El resultado fue frustrante. Recogieron emisiones de la región central de Sag A*, pero no tenían suficiente información para obtener una imagen inequívoca. "Tenemos dos modelos que encajan con los datos", dice Doeleman. En una, Sag A* parece una dona con un agujero en el medio, que podría ser el agujero negro supermasivo. Desafortunadamente, sus observaciones también concordaban con una simple burbuja de brillantes emisiones, sin sombra de ningún agujero negro.
A pesar de esto, aquellas observaciones son una fuerte señal de que Sag A* realmente es un agujero negro. De acuerdo a Avery Broderick de la Universidad de Toronto, los resultados indican que casi con certeza tiene un horizonte de sucesos, característica de los agujeros negros.
Un horizonte de eventos es una frontera dentro de la cual nada escapa de la gravedad del agujero. La materia que cruce esa frontera será definitivamente tragada por el gigante objeto. Algunas alternativas teóricas a los agujeros negros, como las llamadas estrellas de bosones, tendrían superficies físicas en vez de horizontes. Estas superficies serían calentadas por el gas cayendo.
Junto con Loeb y Ramesh Narayan de Harvard, Broderick analizó los resultados de Doeleman y dice que si Sag A* tiene una superficie sería suficientemente caliente como para brillar con una emisión regular de luz infrarroja. Como ese fulgor nunca se detectó, concluyen que un horizonte de eventos yace allí.
Pero podría haber resquicios en este argumento, así que sería mejor observar el agujero directamente, o su sombra. En abril, Doeleman volvió a Hawai. Para mejorar la sensibilidad, decidió tratar de usar las señales de tres telescopios juntos en Mauna Kea, en vez de uno solo. Luego de algunos meses de procesamiento, el último conjunto de observaciones debería, finalmente, revelar la sombra del gigante.
La primera imagen borrosa sería sólo el comienzo. Doeleman quiere moverse a una longitud de onda más corta, 0,87 milímetros. Mientras tanto, más y más telescopios serán unidos para tener una visión más reveladora. El centro del ojo de microondas estará en el desierto de Chile, donde se construye ALMA. Todas sus 66 antenas deberían estar funcionando para 2012. En concierto con otros observatorios alrededor del planeta, debería brindar una imagen mucho más nítida de Sag A*, así como revelar un agujero negro más grande en la galaxia M87.
Observaciones hechas a varias longitudes de onda han revelado estallidos de radiación del gas alrededor de Sag A*. Usando VLBI, Doeleman quiere ver estas erupciones en tiempo real.
En conjunto, las observaciones podrían revelar algo muy preciado para los investigadores sobre los agujeros negros: su rotación. La relatividad indica que un agujero negro en rotación crearía un remolino en el espacio-tiempo, un fenómeno conocido como "frame dragging". Los objetos cercanos al agujero serían capturados en este remolino y su movimiento mostraría lo rápido que gira Sag A*.
Eso, a su vez, nos daría pistas sobre la vida pasada del agujero, ya que su rotación depende de la cantidad de materia consumida para volverse tan pesado como lo es actualmente.
Emanuele Berti de la Universidad de Mississippi y Marta Volonteri de Michigan han calculado los efectos de diferentes "dietas". Sag A* podría haber crecido con una dieta regular de gas galáctico. Compartiendo la rotación total de la galaxia, el gas habría formado un disco en rotación cada vez más rápida al aproximarse al agujero negro, como agua yendo al desagüe. Cuando el gas es finalmente tragado, su rotación se añadiría a la del agujero. Si Sag A* formó la mayoría de su peso de esa manera, su rotación sería cercana al máximo valor posible que la relatividad permite.
O quizás Sag A* creció deglutiendo el gas de cercanas fuentes en órbitas aleatorias. La orientación aleatoria de rotación de esas fuentes podría haberse cancelado unas con otras, y así la rotación de "la bestia" sería baja.
Otra posibilidad es que Sag A* creciera en forma jerárquica, como las galaxias menores que se fusionaron para formar la Vía Láctea. Cada galaxia habría traído su propio agujero negro y luego se habrían fusionado para crear al masivo objeto. En la simulación de Berti y Volonteri, usualmente eso crea un agujero con rotación moderada.
Por supuesto, todo esto asume que la teoría general de la relatividad de Albert Einstein es correcta. A un siglo de su formulación, permanece como la mejor teoría de gravedad y concuerda de manera precisa con las observaciones de las órbitas planetarias y lentes gravitacionales. Pero la teoría nunca ha sido probada en la ultra fuerte gravedad cercana a un agujero negro, donde sus predicciones son más extremas.
Al mapear la forma del espacio-tiempo cerca del agujero negro se podría distinguir entre la relatividad y otras teorías competidoras desarrolladas para explicar los anómalos movimientos de estrellas y galaxias, más comúnmente atribuídos a la energía y materia oscuras.
¿Si qué pasaría si las últimas observaciones de Doeleman, realizadas el mes pasado, muestran algo raro? "Entonces tendremos un problema", dice Broderick. Podría ser que la relatividad es radicalmente errónea al tratarse de entornos de extrema gravedad. Y el monstruo en el centro de la galaxia sería más sombrío de lo pensado.
VIDEO:Cómo ver a un agujero negro:
http://brightcove.newscientist.com/services/player/bcpid2227271001?bctid=23841607001
Otros agujeros negros
En la galaxia M87 hay un agujero negro verdaderamente grande, más de 3 mil millones de veces la masa del sol. Los radioastrónomos esperan ser capaces de acercarse a este gigante no sólo para ver la negra sombra del horizonte de sucesos, sino para encontrar el origen de un enorme chorro de materia que sale de él.
A unos 60 millones de años luz, M87 es 2000 veces más lejos que Sag A*, por lo que, aunque es varios cientos de veces el diámetro de nuestro propio agujero negro galáctico, aparece de una tercera parte de su tamaño. Eso implica, por el momento, que no podemos verlo claramente con la técnica VLBI. Eso cambiará con ALMA. "Esto traerá a M87 en el rango de la artillería VLBI", dice Shep Doeleman.
Los siguientes dos agujeros negros candidatos están en la galaxia Sombrero y Centaurus A, a 30 millones y 12 millones de años luz, respectivamente. Sus sombras aparecerían mucho menores que la del agujero en M87 y podría estar más allá del poder de la radioastronomía actual.
Sin embargo, se ha propuesto una misión espacial llamada Black Hole Imager, que usaría rayos-X en vez de radio ondas. Dos o más telescopios de rayos-x volando en formación podrían, en teoría, proveer la resolución suficiente. El proyecto, si es que sigue adelante, sólo se concretaría después de 2030, si se desarrolla un agresivo programa tecnológico.
Fuentes y links relacionados
- Traducción del artículo: Coming soon: First pictures of a black hole por Stephen Battersby
- Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre
Sheperd S. Doeleman et al.
Nature 455, 78-80 (4 Septiembre 2008)
DOI:10.1038/nature07245 - Broderick, A.E. & Loeb, A. 2009, Scientific American (A publicarse)
Shedding Light on Darkness: Imaging Black Hole Silhouettes - Broderick, A.E. & Loeb, A., 2008, ApJ (Enviado)
Imaging the Black Hole Silhouette of M87: Implications for Jet Formation and Spin - Broderick, A.E., Fish, V.L., Doeleman, S.S. & Loeb, A., 2008, ApJ (Enviado)
Estimating the Parameters of Sgr A*’s Accretion Flow Via Millimeter VLBI - Fish, V.L., Broderick, A.E., Doeleman, S.S. & Loeb, A., 2008, ApJL (Enviado)
Using Millimeter VLBI to Constrain RIAF Models of Sagittarius A* - Doeleman, S.S., Fish, V.L., Broderick, A.E., Loeb, A. & Rogers, A.E.E., 2008, ApJ (Enviado)
Methods for detecting flaring structure in Sagittarius A* with high-frequency VLBI - Reid, Mark J., Broderick, A.E., Loeb, A., Honma, M. & Brunthaler, A., 2008, ApJ, 682, 1041
Limits on the Position Wander of Sgr A* - Broderick, A.E. & Loeb, A., 2006, MNRAS, 367, 905
Imaging Optically-Thin Hot Spots Near the Black Hole Horizon of Sgr A* at Radio and Near-Infrared Wavelengths - Broderick, A.E. & Loeb, A., 2006, ApJL, 636, 109
Frequency –dependent Shift in the Image Centroid of the Black Hole at the Galactic Center as a Test of General Relativity - Broderick, A.E. & Loeb, A., 2005, MNRAS, 363, 353
Imaging bright-spots in the accretion flow near the black hole horizon of Sgr A* - Toronto:Imaging black holes
- El agujero negro de la galaxia, más cerca
Sobre las imágenes
El agujero negro supermasivo Saggitarius A*, visto por el Observatorio de rayos-X Chandra. Crédito:NASA/MIT/F. Baganoff et al.
chandra.harvard.edu/photo/2005/sgra/
Imagen actualizada por la USNO
0 comentarios:
Publicar un comentario
Todos los comentarios son responsabilidad únicamente de sus autores y no refleja necesariamente el punto de vista de este sitio.
NO insultes a nadie.