Imagen del agujero negro de nuestra galaxia
El consorcio EHT consigue la primera imagen directa del agujero negro Sagitario A* que está en el centro de la Vía Láctea.
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Todos celebramos en 2019 la publicación de la primera imagen de un agujero negro supermasivo, en concreto el de la galaxia M87, o lo que es lo mismo, la imagen de M87*. Pero desde entonces se ha hecho esperar la imagen del agujero negro que hay en nuestra propia galaxia y que se denomina Sagitario A* o Sgr A*.
Sabemos desde hace ya tiempo que en el centro de la Vía Láctea hay un agujero negro supermasivo. Hay un proyecto a largo plazo que incluso hace un seguimiento a lo largo de los años de las estrellas que orbitan alrededor de él. Si se realizan los cálculos pertinentes se puede comprobar que esas estrellas giran alrededor de un cuerpo muy pequeño desde el punto de vista astronómico, pero muy masivo. En concreto tiene una masa de 4,1 millones de veces la masa del Sol. La única posibilidad conocida es que sea un agujero negro.
Cuando se trata de agujeros negros supermasivos, nuestra tecnología actual solamente nos permite estudiar dos de ellos directamente: M87* y Sgr A*. Aunque M87* está a 53 millones de años luz y Sgr A* está a solo 25640 años luz de nosotros, M87* es mucho más grande: en concreto 6500 millones de masas solares. Como el diámetro de un agujero negro es proporcional a su masa y M87* es 1500 veces más masivo que Sgr A*, esto significa que los tamaños aparentes son similares. Pero este tamaño aparente es minúsculo, pues es equivalente al que tendría un donut situado en la superficie de la Luna visto desde la Tierra.
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Se obtuvo antes la imagen de M87* por dos motivos principales. El primero fue el asunto del polvo galáctico. Uno de los problemas para estudiar Sgr A* es que está en el centro galáctico y eso significa que se interpone gran cantidad de polvo y gas entre nosotros y él. Usar luz visible para observar lo que pasa allí es absurdo porque queda bloqueada, por esta razón hay que recurrir a otras longitudes de onda, como pueda ser el infrarrojo o la sondas de radio. Y ni así es fácil quitar todo el «velo» de las imágenes. Esta es una de las razones por las que, a veces, es más fácil estudiar otras galaxias que la nuestra.
El segundo motivo, y posiblemente principal, es que, al ser Sgr A* más pequeño, su dinámica es mucho más rápida, por lo que sufre variaciones de brillo mucho más rápidas.
En ambos casos las observaciones fueron realizadas en ondas de radio por ocho radiotelescopios situados en distintos puntos de la Tierra, por lo que se tiene un telescopio equivalente de tamaño planetario. Pero la imagen no se obtiene en directo, sino que se graba toda la información del frente de ondas recibido con mucha precisión, tanto espacial como temporal. Esto permite reconstruir las ondas y hacer interferometría a posteriori. El precio a pagar es la ingente cantidad de datos que se necesita para ello. En el caso de Sgr A* se han usado 3500 Terabytes que fueron tomados en cinco noches, del 5 al 11 de abril de 2017 (todavía no han analizado los datos de 2018). Al igual que el otro caso, fue necesario transportar estos datos en discos duros. Uno de los observatorios está en el polo Sur y es necesario tener en cuenta el cambio de temperatura para evitar que los discos duros se corrompan.
El procesado de estos datos es una tarea muy complicada que también depende de las hipótesis de partida y de los modelos teóricos (se han hecho millones de simulaciones para este resultado). Ha habido que esperar unos años para poder obtener esta imagen y para los investigadores ha sido todo un desafío. Se tiene incluso en cuenta las mareas o la deriva continental. Solo por contar un detalle, aunque se puede interpretar esta imagen como la obtenida a lo largo de una exposición de un tiempo determinado, es más complicado que eso, pues la Tierra está rotando según se toman los datos y los puntos de la fuente que se están observando son diferentes y en cada momento se está explorando una región distinta del espacio de Fourier de la fuente.
Como en el caso de M87*, la imagen tiene un color artificial para que sea agradable a la vista, pero en realidad es en escala de grises. Además, no cabe hablar de color cuando se han usado ondas de radio. Así que si hubiera un humano en las cercanía de Sgr A* vería las cosas distintas a la imagen que se ha obtenido.
Lo registrado es, otra vez, el disco de acreación compuesto por gas caliente (plasma) que rodea al agujero negro. La parte oscura no es exactamente el área cubierta por el horizonte de sucesos, sino su «sombra», que es 2,6 veces más grande y que se genera al ser desviada la luz a su alrededor según este esquema:
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El tamaño del horizonte de sucesos deducido de esta sombra ha permitido estimación la masa del agujero negro de un modo independiente al tradicional y ha resultado ser muy similar a la masa ya conocida que hemos dado antes.
Algo que los investigadores no consiguen explicar todavía es que el disco de acreación de Sgr A* no está en el mismo plano que el plano galáctico, sino que está inclinado entre unos 20 y 30 grados y «mirando» a nosotros según la imagen obtenida. Tampoco el disco de acreción tiene que ser necesariamente perpendicular al eje de guro del propio agujero negro, algo que de momento se desconoce en este caso y que requería de más observaciones.
Tiene una mayor variabilidad que M87*, con variaciones que van del 4% al 13% de una noche de observación a otra. Como era de esperar, debido a esta variabilidad, el disco de Sgr A* es más asimétrico que el de M87*. Pero, sorprendentemente, se ha podido comprobar a posteriori que la variabilidad de Sgr A* es un poco menor que la que predicen los modelos, detalle no explicado aún.
Algo que llama la atención son las tres regiones brillantes que se ven en la imagen y que uno, en principio, no esperaría por la geometría en un disco estable. Está, de momento sin interpretar. En este caso se trata de un disco dinámico en el que hay turbulencias y un campo magnético fuerte y dinámico. Esto produce una emisión anisotrópica a lo largo del disco que está cambiando a la escala de minutos. Podrían ser estas turbulencias las que estarían afectando al disco y que produjeran esas regiones más brillantes. La situación es aún más complicada si tenemos en cuenta que el disco de acreación no es plano, sino que tiene un grosor que le hace asemejarse más a un donut. Incluso el propio disco podría estar torcido, pero estos modelos todavía no se han tenido en cuenta.
Esta y otras incógnitas se podrán despejar cuando el consorcio logre que más radiotelescopios se sumen al proyecto y se vuelva a observar Sgr A*, algo que ya se ha hehco en 2021 y 2022. Esto permitiría hacer imágenes con tiempos de observación más cortos que permitieran la obtención de distintos «fotogramas». Esto facilitaría el montaje de una «película» y así ver cómo se mueve el material y poder interpretar esas regiones más brillantes.
Finalmente, las observaciones indican que no hay desvíos de la Relatividad General (RG) y que habría que ir a observaciones más precisas para apreciarlas o ver métricas que, estando dentro de la RG, sean alternativas a las empleadas, que son de tipo Kerr.
Esperemos que los próximos resultados no tarden tantos años. Lo más inmediato será la publicación de los datos de polarización de Sgr A* usando tanto los datos tanto de 2017 como de 2018. Hay datos de 2021 y 2022 que todavía están sin analizar y que ya incluyen más radiotelescopios por lo que es de esperar nuevos resultados en algún momento. La ventaja es que, como los algoritmos están ya desarrollados, la rapidez en obtener resultados será mayor.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Web de EHT.
Web de ESO.
Rueda de prensa.
Hilo de Twitter.
Artículo original 1.
Artículo original 2.
Artículo original 3.
Artículo original 4.
Artículo original 5.
Imágenes: EHT.
15 Comentarios
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domingo 15 mayo, 2022 @ 10:34 am
No cabe duda de que las peculiaridades que describe el artículo, son muy curiosas y se irán descubriendo las causas con el tiempo y el trabajo de los astrónomos. Pero tengo un problema, y es que no me sale que sus tamaños aparentes sean similares, lo que implica que sus diámetros angulares también lo sean. Así que debo cometer algún error que agradecería a quien sepa más que yo que me eche una mano, o me lo explique.
martes 17 mayo, 2022 @ 7:38 pm
Solo se me ocurre una posibilidad: que el diámetro aparente del AN M87 sea parecido al del Sagitario A*. Aunque uno es mucho mayor que el otro, al estar el SN M87 tan alejado, ocurre que ambas imágenes, más bien sus diámetros aparentes, son comparables directamente. Relación de masas, tamaños =1500 y relación de distancias= 2067, parecida. Es como mi casa y la catedral, que parecen del mismo tamaño si las miro desde la esquina…De hecho, ahí está la foto comparativa tomando las órbitas de Pluto y Mercurio como referentes( están borrosas, pero a la izquierda se señala que M87 tiene una sombra como tres veces la órbita de Pluto y a la derecha todo Sgr* solo es como la órbita de Mercurio, pero ambos AN se pueden comparar directamente ). Supongo.
martes 17 mayo, 2022 @ 8:58 pm
Claro, «petrus», la similitud que describes es estupenda, pero a mi no me salen las cuentas. Para que eso sucediera, M87 debería estar tan solo a un millón de km, no a 53 millones. A no ser que yerre en algo, a lo que soy tan aficionado.
miércoles 18 mayo, 2022 @ 8:11 am
¡Perdonísimo!: Quiero decir un millón de años-luz, no de km.
Si ya sabía yo de esta afición mía a meter la pata… Lo que no obsta para que haya un error más abultado.
Otra vez, mil perdones.
miércoles 18 mayo, 2022 @ 6:46 pm
Me apoyé en estas dos frases:» Aunque M87* está a 53 millones de años luz y Sgr A* está a solo 25640 años luz de nosotros, M87* es mucho más grande: en concreto 6500 millones de masas solares. Como la superficie de un agujero negro es proporcional a su masa y M87* es 1500 veces más masivo que Sgr A*, esto significa que los tamaños aparentes son similares.»
Si los tamaños aparentes son similares…
jueves 19 mayo, 2022 @ 9:54 am
Verás, «petrus»: Ya se me ha borrado una vez lo escrito y lo malo es que no sé por qué.
Calculo de la siguiente manera: Sean «D» la distancia a M87 y «d» a Sgr A = 25.640 AL y sea que queremos averiguar «D». Sabemos que la superficie de M87 es 1500 veces mayor que la de Sgr A. Como los radios son directamente proporcionales a las raíces cuadradas de las superficies, podemos trazar una horizontal en la que colocaremos «d»=25.640 y perpendicularmente con el tamaño 1=(1^1/2), y «D» más lejos como incógnita y tamaño 1500^(1/2)=38,73. Hacemos la proporción 1/25.640 = 38,73/»D» y despejando «D»= 38,73×25.640 = 993.037 AL, aproximadamente un millón de AL. Escojo «D» como incógnita y «d» como más segura y por ser esta más fácil de medir -supongo-. Mis dudas comenzaron porque multiplicando 25.640×1500 = 38.460.000 que es una diferencia importante con 53 millones de AL, concretamente, casi un 28
% menos.
Bueno, te dejo y si quieres, me corriges, que nunca está de más.
sábado 21 mayo, 2022 @ 8:15 pm
Para mayor seguridad, he hecho lo mismo con las relaciones entre diámetros y distancias a la Tierra del Sol y la Luna, datos todos ellos conocidos y que tenemos la certeza de que sus tamaños aparentes cumplen, de lo que son prueba los eclipses. O sea, que he partido de que el diámetro del Sol es 401 veces el de la Luna. Efectivamente sale como debe, así que algo extraño ha de suceder con los datos sobre Sgr A y M87 que proporciona el artículo.
domingo 22 mayo, 2022 @ 10:32 am
Muy admirado Neo: ¡Por fin lo encontré! Hay un error en el artículo. En el tercer párrafo está la frase culpable: «Como la superficie de un agujero negro es proporcional a su masa…». Y no es así. La masa es proporcional al radio, no a la superficie. Por ello sacaba yo la raíz de 1500.
Entonces, la operación a realizar es: 1/25640 = 1500/D, siendo «D» la distancia Tierra-M87. De ahí obtenemos «D» = 38 460 000 al, que si bien, se aparta bastante de los 53e6, concretamente un 27,43 %, considerando que, según la figura 2ª, estamos comparando el diámetro, no del AN, sino de la luminosidad de los cuerpos que hay detrás, que para medir, los astrónomos utilizan medidas «indirectas», tales como la candela estándar, Cefeidas, desplazamiento Doppler, y otros, y las relaciones entre unos y otros métodos -o sea que tienen que hacer difíciles consideraciones y equilibrios de cálculo- habremos de admitir que su distancia es más fiable que la mía y aceptar esos 53e6 al.
Un fuerte abrazo, admirado maestro, suplicando se corrija el error.
domingo 22 mayo, 2022 @ 12:41 pm
Aunque no soy experto en estos temas, creo que la frase «Como la superficie de un agujero negro es proporcional a su masa » puede ser clave. La masa de una esfera normal es función del cubo del radio y la superficie, solo del cuadrado, pero eso es si consideramos al AN como una masa normal, pero los AN no son normales… ni en eso.
lunes 23 mayo, 2022 @ 10:07 am
Como te digo, amigo «petrus», la masa de un AN no es proporcional a su superficie como, por error, dice el artículo, sino a su radio. Esto es fundamental. Como dices, en una esfera, la masa es proporcional al cubo del radio, por estar esta directamente unida al volumen a través de la densidad. Imagino que la superficie se refiere a la del horizonte de sucesos, y diría que dentro del AN no hay una gradación de densidades, sino que, o ciertamente existe una singularidad, a la que, creo recordar se resistió Einstein o, al menos, un cuerpo inimaginablemente masivo -muchísimo mas que una estrella de neutrones, que es lo más denso conocido. Pero respecto a la toma de medidas, la segunda ilustración demuestra que se toman, para el AN, las de las imágenes luminosas de lo que hay detrás del AN haciendo de lente de Einstein. Entonces ha de haber una diferencia, porque en el caso de Sgr A está mostrando la luz de multitud de estrellas relativamente próximas que están detrás y casi en el mismo plano que el punto de observación terrestre mientras que M87, además de eso, y si su posición -para permitir ser observado el AN con cierta claridad no dificultada por nubes de gas y las muchas estrellas que le rodeen-, ha de ser que su galaxia sea bastante normal a la línea de observación desde la Tierra, por lo que deberá presentar la luminosidad de sus propias estrellas (menos que Sgr A que está en nuestro mismo plano) más la luminosidad de todas las galaxias que tiene detrás. O sea que existen diferencias en la composición de sus luminosidades como lente -parte amarilla-. Por otra parte, parece razonable que el horizonte de sucesos que es lo que podemos tomar como tamaño del AN, ha de ser algo mayor que la parte luminosa interior, pero menor que a parte exterior de esta, o sea que ha de estar oculto en ambos casos por la luminosidad. Todos estos problemas, que no yo, sino los astrónomos, pueden resolver serán los que les lleven a lo correcto de sus datos de dimensión de los AN y sus distancias.
Un fuerte abrazo.
martes 24 mayo, 2022 @ 8:51 am
Neo, querido maestro: Ya sé que has estado muy ocupado escogiendo los nuevos artículos que hoy veo, pero debes corregir el error que te señalo, porque, personas tan aficionadas a la ciencia como mis compañeros comentaristas, o yo mismo, pueden equivocarse como he demostrado al errar en la comprobación de distancias.
Repito: tercer párrafo, frase «Como la superficie de un agujero negro es proporcional a su masa…». Pero la realidad es que es el radio del horizonte de sucesos el que es proporcional a la masa.
martes 24 mayo, 2022 @ 4:46 pm
Gracias, Tomás. Ya está corregido. Efectivamente el radio o el diámetro son proporcionales a la masa, la superficie es proporcional a la entropía.
Un saludo
miércoles 25 mayo, 2022 @ 8:06 am
A vos las gracias, admirado Neo, que aprovecháis para enseñarnos que la entropía es proporcional a la superficie.
miércoles 25 mayo, 2022 @ 6:02 pm
Una pequeña duda entre las muchas que aún me quedan… . Si la masa de un AN es proporcional al cubo del radio, o al volumen, eso implica o exige que la densidad sea la misma en los AN, se mantenga constante, la constante de proporcionalidad. ¿ Podríamos decir que la materia dentro de un AN tendría una densidad específica y la misma para todos ellos? En tal caso, la materia que compone todos los AN tendría la misma densidad, independientemente de sus masas… Vendría a ser un estado físico nuevo para todo tipo de materia, ni plasma ni gas ni líquido ni sólido, hipersólido no comprimible..
viernes 27 mayo, 2022 @ 11:17 am
Querido amigo «petrus»: No, la densidad de un AN, depende de su masa y cuanto más grande es, menor es su densidad. Por ejemplo he calculado que la de Sgr A es de 11 g/cm3, mientras que a de M87 es de solo 4,34e(-4) g/cm3 -una birria. Lo he hecho ayudándome de la fórmula que puedes ver en Wikipedia para AN supermasivos y que yo corregí -y lo puse en NeoFronteras-, porque el autor se había equivocado, pero ahora está bien. Dice que un AN supermasivo que tuviese 136e6 masas solares tendría la densidad del agua, y he comprobado que es cierto según su fórmula.
La realidad es que nadie sabe lo que hay en el interior de un AN, ni lo que pasa. Hay quien piensa que entre el centro y el horizonte de sucesos hay un espacio vacío. Otros, que es una especie de sopa de fotones. Cualquiera sabe.
Un cordial saludo.