gov-civil-vilareal.ptMirando por el acantilado del infinito: la primera imagen del horizonte de sucesos de un agujero negro
>Por primera vez en la historia de la humanidad, los astrónomos han combinado el poder de los telescopios de todo nuestro planeta para crear una imagen que muestra el horizonte de sucesos de un agujero negro.
La matriz recopilada se llama el telescopio Event Horizon , y en el transcurso de cuatro noches en abril de 2017, observó el agujero negro supermasivo en el corazón de M87 , una galaxia elíptica en el cúmulo de Virgo, a 55 millones de años luz de la Tierra.
Lo que vieron fue, bueno, asombroso:
La primera imagen del horizonte de sucesos de un agujero negro supermasivo. Esto muestra la silueta de un agujero negro con una masa 6.5 mil millones de veces la del Sol, ubicado en el núcleo de la galaxia M87 a 55 millones de años luz de la Tierra. Crédito: NSF
Quiero tener mucho cuidado aquí, ya que esta imagen es un poco más complicada que simplemente un anillo de luz con el agujero negro en el centro, y la física detrás de ella es bastante feroz.
Para que quede claro, en realidad no está viendo el agujero negro en sí. Ese agujero circular en el centro del anillo no es el agujero negro, sino realmente un efecto de su gravedad. Se le llama la sombra del agujero negro, pero pienso en él más como su dispositivo de camuflaje: la gravedad está doblando la luz del material a su alrededor, enviándola hacia nosotros, dejando un espacio donde está el agujero negro. Quizás la mejor manera de describirlo es como el silueta de la gravedad del agujero negro.
Este video debería darle una idea del efecto:
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Lo que te queda es una región esférica en el espacio donde dentro de ella nada puede salir. La superficie de esta esfera, si lo piensas de esa manera, se llama horizonte de eventos (porque cualquier evento que ocurra en su interior está más allá de tu horizonte y no se puede ver). Pero solo fuera de ella, la gravedad es intensamente fuerte pero no increíblemente. Un fotón, una partícula de luz, que pasa cerca de ese límite pero aún fuera de él, tendrá su camino considerablemente desviado, pero puede escape.
El tamaño del horizonte de eventos depende de la masa del agujero negro. Si hace los cálculos, calculados por primera vez por Einstein a principios del siglo XX, encontrará que si comprime el Sol en un agujero negro, tendría 6 kilómetros de diámetro. Eso sí, ¡el Sol tiene ahora 1,4 millones de km de diámetro! Así que tienes que hacer que los objetos sean increíblemente pequeños y densos para que se conviertan en agujeros negros.
Ahora pensamos que cada gran galaxia del Universo tiene un agujero negro supermasivo en su centro, con millones o incluso miles de millones de veces la masa del Sol. El vía Láctea tiene uno que es más de 4 millones de veces la masa del Sol, por ejemplo.
M87 es un galaxia elíptica en el corazón del cúmulo de Virgo, una colección de cientos de galaxias esparcidas por el cielo entre las constelaciones de Leo y Virgo. Es una galaxia enorme, lo suficientemente brillante como para ser vista usando solo binoculares, a pesar de que está a 55 millones de años luz de distancia.
También es un galaxia activa : A diferencia del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, el del centro de M87 está devorando materia de forma activa. En él cae material, principalmente gas y polvo, y al hacerlo forma un disco plano llamado disco de acreción que comienza justo fuera del horizonte de eventos y se extiende por muchos miles de millones de kilómetros. La velocidad a la que gira depende de su distancia del horizonte de sucesos; las cosas que están muy cerca se mueven casi a la velocidad de la luz, mientras que las que están más lejos son más lentas.
Los componentes básicos de un agujero negro activo, incluido el horizonte de eventos, el disco de acreción y el chorro. Crédito: ESO
Dado que el material se frota, genera fricción y eso a su vez genera calor. A lote de calor. Como un lote mucho. ¡Imagínese frotándose las manos a la velocidad de la luz! El material en el disco se calienta a millones de grados, y las cosas que están calientes brillan intensamente, emitiendo grandes cantidades de luz.
Ese es el material que ves en la imagen del Event Horizon Telescope*. Esto proporciona un brillo de fondo alrededor del agujero negro. Pero la gravedad del agujero negro lo distorsiona, doblando el camino que toma la luz. Luz del material detrás el agujero negro se dobla alrededor para que podamos verlo. Cuanto más cerca del agujero negro, más se dobla, hasta que, justo en el contorno del horizonte de eventos visto desde la Tierra, no se puede ver más luz. Por eso esa parte se ve oscura.
La trayectoria de la luz alrededor de un agujero negro se distorsiona gravemente por la gravedad. En este diagrama, la Tierra está a la derecha y la luz del material detrás del agujero negro se dobla hacia nosotros, dejando un agujero donde está el agujero negro. Crédito: Nicolle R. Fuller / NSF
¡Pero espera! ¡Hay más!
Hay un efecto llamado radiante relativista , causado por el movimiento increíblemente rápido del material mientras orbita justo fuera del agujero negro. Si sostienes una bombilla frente a ti, la luz se expande en una esfera, en todas las direcciones, pero si esa bombilla se mueve cerca de la velocidad de la luz, la luz que vemos emitida parece ser un rayo, como una linterna. , apuntado en la dirección en la que se mueve. Este efecto extraño significa que un objeto que se dirige hacia usted a una velocidad cercana a la de la luz parece más brillante, porque una mayor parte de su luz se enfoca hacia usted, y algo que se aleja parece más oscuro, porque su luz se enfoca lejos de usted.
Ahora mire de nuevo la imagen del Event Horizon Telescope. ¿Ves cómo las cosas en la parte inferior del anillo son más brillantes que las cosas en la parte superior? ¡Eso se debe a la radiancia relativista! El material de la parte inferior se dirige hacia nosotros y es más brillante que el material de la parte superior, que se aleja de nosotros. Eso nos dice en qué dirección está girando el disco de acreción. El agujero negro en sí gira también, en el mismo sentido que el disco, por lo que también nos dice que, desde nuestro punto de vista, el agujero negro está girando en el sentido de las agujas del reloj.
No te mentiré: cuando miré por primera vez esa imagen y me di cuenta de lo que estaba viendo, se me erizó el pelo de la nuca.
Los ocho telescopios de la Tierra que componen el Event Horizon Telescope. Crédito: Universidad de Arizona / Dan Merrone
La tecnología que permitió a los astrónomos crear esta imagen es increíble. Utilizaron ocho telescopios diferentes ubicados en todo el mundo (Arizona, Chile, México, España, Hawai y la Antártida) para observar el agujero negro de M87. Estos telescopios no ven la luz óptica como nuestros ojos, sino que son sensibles a la luz en el rango de longitud de onda milimétrica, más cerca de las ondas de radio que la luz óptica . Estas ondas milimétricas viajan a la velocidad de la luz (porque son ligeras) y llegan a los telescopios en momentos ligeramente diferentes. Cada telescopio observa cuidadosamente estas ondas, y si combina esa información es como si tuviera un telescopio virtual del tamaño del espacio entre los dos observatorios.
Se llama interferometria . Cuando combinas las olas que se ven en dos lugares, interfieren de manera constructiva y destructiva entre sí, creando franjas. Es como cuando chapotea en una bañera; las crestas de las olas a veces se juntan y salpican la bañera, mientras que los canales se combinan para bajar el nivel del agua a tu alrededor. Esas combinaciones de crestas y depresiones son las franjas. En una matriz de telescopio interferométrico, la información en todo lo que se puede girar, trabajar al revés, para crear una imagen de la imagen que le envía las ondas. Es un trabajo tremendamente complejo y más fácil en longitudes de onda más largas, razón por la cual se utilizaron telescopios de ondas milimétricas (la luz óptica tiene mucho, mucho longitud de onda más corta, por lo que la interferometría óptica es mucho más difícil).
Cuando está todo combinado, el Event Horizon Telescope actúa como un solo plato el tamaño de nuestro planeta . Así es como pudo ver cualquier detalle en el agujero negro M87. A pesar de que es inmenso, 40 mil millones de kilómetros de diámetro, está a 55 millones de años luz de distancia, por lo que desde la Tierra solo está a unos cuatro mil millonésimas de un grado de tamaño!
La Luna en el cielo tiene medio grado de ancho, por lo que esta imagen de agujero negro es equivalente a ver una canica en la luna . O más exactamente, una canica negra con una banda de goma brillante atada a su alrededor.
Este es un logro fenomenal, verdaderamente una nueva era en astronomía. Hemos visto los efectos de los agujeros negros durante décadas: material que los orbita y se calienta ferozmente; rayos de materia y energía disparados lejos de ellos mientras el campo magnético ridículamente fuerte en el disco de acreción arranca el material y lo arroja a una velocidad tremenda; e incluso los efectos del agujero negro supermasivo de nuestra propia galaxia en las estrellas que la rodean, observando en tiempo real cómo se mueven a gran velocidad.
de que habla la película
Y hemos profundizado en la física de los agujeros negros gracias a las ecuaciones elaboradas por mentes brillantes durante muchas décadas, aprendiendo cómo distorsionan el espacio y el tiempo, qué sucede cerca del horizonte de eventos, qué sucede fuera de él y, a veces, incluso averiguando qué. sucede en el interior.
Pero esta es la primera vez que vemos el horizonte de sucesos de un agujero negro. Y mejorará a partir de aquí; Se agregarán más telescopios para obtener una mejor resolución, las diferentes longitudes de onda vistas exprimirán más información de lo que estamos viendo y, aún más frío, más agujeros negros, incluido el nuestro en el centro de la Vía Láctea, serán objeto de escrutinio de esta manera. .
Los agujeros negros son oscuros, pero su futuro es muy brillante.
* Nota: El Event Horizon Telescope también miró el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, pero es mucho más difícil crear una imagen debido a lo variable que es, cambiando su brillo en una escala de horas y días. El agujero negro M87 es más estable, por lo que es más fácil captar imágenes. Por un capricho de la geometría, es unas 1.600 veces más grande que nuestro agujero negro, pero unas 2.000 veces más lejos, por lo que parece aproximadamente del mismo tamaño que el nuestro desde la Tierra.
