La primera imagen de un agujero negro se lanza hoy. Este logro monumental fue posible, en parte, gracias al liderazgo clave y la financiación del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA).
El Telescopio de Horizonte de Sucesos, o EHT, es un conjunto global de radiotelescopios en el que participan docenas de instituciones y cientos de científicos. El descubrimiento innovador del EHT es una imagen del agujero negro supermasivo de Messier 87 (M87) en el centro del cúmulo de galaxias Virgo, a 55 millones de años luz de distancia. Este agujero negro contiene 6,5 mil millones de veces la masa del sol de la Tierra.
Seis artículos se están publicando en el Astrophysical Journal Letters hoy para describir este innovador resultado.
Ubicado en Cambridge, Massachusetts, el CfA (anteriormente el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) es una colaboración entre el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) y el Harvard College Observatory.
«Esto cumple nuestro sueño de tomar la primera foto de un agujero negro», dijo Sheperd (Shep) S. Doeleman, director del EHT en CfA. «Ahora tenemos acceso a un laboratorio cósmico de gravedad extrema donde podemos probar la teoría de la relatividad general de Einstein y desafiar nuestras suposiciones fundamentales sobre el espacio y el tiempo.»
Los agujeros negros son objetos cósmicos extremadamente comprimidos que contienen cantidades extraordinarias de masa dentro de una pequeña región. Esta masa está envuelta por un horizonte de eventos, es decir, el límite más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar de la poderosa atracción gravitatoria del agujero negro.
La presencia de estos objetos afecta a su entorno de manera extrema, incluida la deformación del espacio-tiempo y el calentamiento del material circundante a cientos de miles de millones de grados. La relatividad general predice que un agujero negro proyectará una sombra circular sobre este material brillante y brillante. La imagen recién lanzada del M87 del EHT revela esta sombra.
» Durante décadas, hemos estudiado cómo los agujeros negros tragan material y alimentan los corazones de las galaxias», dijo Ramesh Narayan, profesor de la Universidad de Harvard y líder en trabajo de teoría de EHT. «Ver finalmente un agujero negro en acción, doblando su luz cercana en un anillo brillante, es una confirmación impresionante de que existen agujeros negros supermasivos y coinciden con la apariencia esperada de nuestras simulaciones.»
Aunque los astrónomos han estudiado los agujeros negros durante muchos años, crear una imagen requiere un nuevo telescopio con una resolución sin precedentes para que pueda detectar detalles finos. Para crear esto, el EHT combina las señales de un conjunto de ocho telescopios existentes en todo el mundo, incluido el Submillimeter Array (SMA), ubicado en Maunakea en Hawái. Como explica el ingeniero de CfA, Jonathan Weintroub: «La resolución del EHT depende de la separación entre los telescopios, denominada línea de base, así como de las longitudes de onda de radio milimétricas cortas observadas. La mejor resolución en el EHT proviene de la línea de base más larga, que para el M87 se extiende desde Hawai’i hasta España. Weintroub, que co-coordina el Grupo de Desarrollo de Instrumentos del EHT, agregó: «Para optimizar la sensibilidad de línea de base larga, haciendo posibles las detecciones, desarrollamos un sistema especializado que suma las señales de todos los platos SMA disponibles en Maunakea. En este modo, el SMA actúa como una sola estación EHT.»
Después de registrar por separado las señales en los ocho telescopios, los datos se trasladan a una única ubicación para ser combinados computacionalmente en lo que sería medido por un telescopio del tamaño de la Tierra. «El EHT registra millones de gigabytes de datos de muchos telescopios que no fueron diseñados originalmente para trabajar juntos», dijo Lindy Blackburn, quien dirigió el equipo de procesamiento y calibración de datos del EHT. «Desarrollamos múltiples vías para procesar y calibrar los datos, utilizando nuevos algoritmos para estabilizar computacionalmente la atmósfera de la Tierra y alinear con precisión las señales de todos los sitios en trillonésimas de segundo.»
Convertir los datos EHT en una imagen requería desarrollar nuevos métodos y procedimientos. «No estábamos listos para publicar nuestras imágenes hasta después de intentar romperlas de todas las maneras posibles», dijo Andrew Chael, un estudiante graduado de Harvard en el CfA, que desarrolló una nueva biblioteca de software de imágenes para el EHT. «Para confirmar nuestros resultados, comparamos imágenes entre cuatro grupos independientes de científicos utilizando tres métodos de obtención de imágenes diferentes.»Estas pruebas fueron diseñadas y dirigidas por Katie Bouman, una postdoctora de CfA que recibió su doctorado en ingeniería eléctrica e informática. Bouman dijo: «Somos un crisol de astrónomos, físicos, matemáticos e ingenieros, y eso es lo que se necesitó para lograr algo que antes se creía imposible.»
Michael Johnson, astrofísico CfA que dirige los esfuerzos locales de ciencia EHT e imágenes, está entusiasmado con el futuro. «Nuestra imagen revela que este enorme agujero negro, lo suficientemente grande como para envolver el sistema solar, ancla un chorro que se extiende a decenas de miles de años luz. La expansión del EHT puede permitir películas que revelen la dinámica de este sistema viviente, mostrando cómo el chorro extrae su energía del agujero negro.»
Además de los mencionados anteriormente, muchos otros en el CfA han contribuido de innumerables e invaluables maneras. Los siguientes científicos e ingenieros de CfA son coautores de los seis artículos: Mislav Baloković, Lindy Blackburn, Katie Bouman, Roger Brissenden, Andrew Chael, Shep Doeleman, Joseph Farah, Mark Gurwell, David James, Michael Johnson, Garrett Keating, Jim Moran, Ramesh Narayan, Daniel Palumbo, Nimesh Patel, Dominic Pesce, Alexander W. Raymond, Jonathan Weintroub, Maciek Wielgus y Ken Young.
Para obtener una lista de biografías de científicos del CfA que trabajan en el EHT, visite https://www.cfa.harvard.edu/news/fe2019-01.
El EHT y muchos de sus científicos clave son financiados por una mezcla de público (i. e., contribuyente), como la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Smithsonian, así como la generosidad de entidades privadas, incluidas la Fundación Templeton y la Fundación Gordon y Betty Moore (GBMF). La NSF ha financiado el avance constante del EHT durante más de una década, y el Smithsonian, administrado a través de SAO, ha proporcionado fondos durante siete años. Doeleman tiene subvenciones de la NSF y también de la GBMF y la Fundación John Templeton. El GBMF financió desarrollos técnicos clave a partir de 2012 y fue fundamental en la construcción del grupo SAO.
SAO es uno de los 13 institutos de partes interesadas de la Junta de EHT, y el CfA alberga el Centro de Operaciones de Matrices para observaciones de EHT. El SMA es un proyecto conjunto entre el Smithsonian y el Instituto Academia Sinica de Astronomía y Astrofísica (ASIAA) en Taiwán. El Telescopio de Groenlandia, financiado por ASIAA y SAO, se unió al EHT para su segunda carrera de observación en abril de 2018.
Para obtener más información sobre el EHT y este innovador resultado, visite eventhorizontelescope.org y sigue a @ehtelescope en las redes sociales. El sitio web del CfA, que está organizado en seis divisiones de investigación para estudiar el origen, la evolución y el destino final del universo, es cfa.harvard.edu.
Los seis artículos que reportan estos resultados en las Cartas de Astrophysical Journal son:
Artículo I: La Sombra del Agujero Negro Supermasivo
Artículo II: Matriz e Instrumentación
Artículo III: Procesamiento y Calibración de datos
Artículo IV: Obtención de imágenes del Agujero Negro Supermasivo Central
Papel V: Origen físico del Anillo Asimétrico
Papel VI: La Sombra y la Masa del Agujero Negro Central
