Mirando en el corazón oscuro oculto de nuestra galaxia

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Cada gran galaxia en el Universo visible esconde un misterioso corazón oscuro. Incluso nuestra vasta espiral, iluminada por las estrellas, la Vía Láctea, tiene en su centro secreto un glotón de corazón de oscuridad, un agujero negro súper masivo que pesa millones de veces más que nuestro Sol. Sin embargo, el residente de corazón oscuro de nuestra Galaxia es insignificante en comparación con otros de su tipo extraño. De hecho, algunas bestias supermasivas que atormentan los corazones ocultos de sus anfitriones galácticos pueden pesar tanto como miles de millones de veces la masa solar. El agujero negro supermasivo de nuestra Vía Láctea se llama Sagittarius A * o Sgr A *, para abreviar (pronunciado Saj-A-Star) , y ahora es un agujero negro viejo y tranquilo, durmiendo tranquilamente la mayor parte del tiempo, excepto cuando un sabroso bocado. de alguna estrella espaguetada o nube de gas condenado se acerca demasiado a sus fauces en espera. En ese momento, Sgr A * se despierta durante un breve y brillante momento para cenar con avidez y de manera descuidada en este banquete.

En astrofísica, paghetification el término s se refiere a la compresión que se extiende vertical y horizontal de los objetos en formas largas y delgadas en un campo gravitatorio extremadamente potente y homogénea – dando a estos unfortunated objetos una apariencia de tipo espagueti.

En mayo de 2018, un equipo de astrónomos anunció que había utilizado una serie global de telescopios, incluido el experimento del buscador de la trayectoria de Atacama (APEX), para observar a la bestia que se esconde en el corazón de nuestra Vía Láctea. Este nuevo estudio revela los mejores detalles recopilados hasta el momento en escalas de horizonte de eventos en el centro de nuestra Galaxia. El horizonte de eventos de un agujero negro es el temido punto de no retorno del cual nada, nada, nada, ni siquiera la luz, puede escapar de las garras de la bestia, y está condenado a ser tragado.

APEX es un radiotelescopio a 5,100 metros sobre el nivel del mar en el Observatorio Llano de Chajntor ubicado en el desierto de Atacama en el norte de Chile. Este radio telescopio de 12 metros ha sido equipado con un equipo especial que incluye grabadores de banda ancha y un reloj maser de hidrógeno estable con el fin de realizar observaciones interferométricas conjuntas con otros telescopios en longitudes de onda cortas. El objetivo de estas observaciones es obtener la mejor imagen de la sombra del agujero negro oculto. La adición de APEX al Telescopio Horizon del Evento (EHT) , que hasta hace poco estaba compuesto solo por antenas en el hemisferio norte, fue capaz de recordar con un detalle nuevo y sin representación la estructura de larga duración del secreto Sgr A *. La resolución angular enormemente mejorada que proporciona el telescopio APEX ahora puede mostrar detalles ocultos durante mucho tiempo de la estructura de fuente asimétrica y no puntual, tan pequeña como 36 millones de kilómetros. Esto corresponde a dimensiones que son tres veces más grandes que el tamaño todavía hipotético de la bestia supermasiva de corazón oscuro de nuestro Galaxy.

El equipo de astrónomos está buscando el santo grial que sin duda probará la Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein (1915), que consiste en obtener una imagen directa de la sombra de un agujero negro. Su búsqueda para encontrar esta sombra difícil de alcanzar se ve favorecida por la combinación de radiotelescopios que se extienden por toda la Tierra mediante una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI) . Los telescopios que participan en esta búsqueda están ubicados en altitudes elevadas, para minimizar la perturbación causada por la atmósfera de nuestro planeta, y también están ubicados en lugares remotos con cielos normalmente despejados. Esto permite a los astrónomos observar la fuente de radio compacta y secreta que revela la presencia misteriosa de Sgr A * que acecha en el corazón oscuro de nuestra Vía Láctea.

Bestias supermasivas

Los agujeros negros supermasivos, que atormentan los corazones de grandes galaxias, pueden pesar millones o billones de veces más que nuestro Sol. Sin embargo, un agujero negro de cualquier tamaño puede ser descrito por solo tres propiedades: carga eléctrica, giro (momento angular) y masa. Además de las bestias gravitacionales supermasivas, también hay agujeros negros de “solo” masa estelar, que nacen cuando una estrella particularmente masiva ha logrado quemar todo su combustible de fusión nuclear necesario, y ha alcanzado el terrible final de ese largo estelar. Carretera cuando contiene un núcleo de hierro. En ese momento, la estrella masiva colapsa en la furia ardiente de una rabieta supernova que resulta en la estrella antigua protagonizada por un agujero negro de masa estelar. Después de que se formó un agujero negro de masa estelar a partir de los restos de su estrella progenitora masiva, puede continuar adquiriendo cada vez más masa al “comer” objetos celestes desdichados que se han acercado demasiado a su atracción gravitacional.

Los agujeros negros pueden ser grandes o pequeños, y estas entidades extrañas pueden definirse como un área de Spacetime donde el tirón de la gravedad se ha vuelto tan extremo que ni siquiera la luz puede escapar a la libertad. El tirón de la gravedad ha crecido intensamente porque la materia se ha comprimido sin piedad en un espacio muy pequeño. Aplasta suficiente materia en un espacio lo suficientemente pequeño, y siempre nacerá un agujero negro.

La mayoría de los agujeros negros supermasivos , como Sgr A * , acumulan la materia algo perezosamente. Desafortunadamente, esto hace que sea difícil para los astrónomos distinguirlos de los corazones oscuros galácticos en los que se esconden. Por esta razón, Sgr A * proporciona una valiosa excepción a esta regla tan frustrante. Esto se debe a que los astrónomos pueden obtener una vista cercana de su emisión de rayos X más bien suave.

Afortunadamente, los astrónomos han podido aprender bastante sobre Sgr A * . La bestia supermasiva central de nuestra Galaxia pesa alrededor de cuatro millones de veces la de nuestro Sol, lo que, increíblemente, lo convierte en un ruido relativo, al menos en lo que respecta a los agujeros negros supermasivos . Sgr A * está rodeado por un grupo de estrellas bebés brillantes, algunas de las cuales han tenido la mala suerte de haber vagado dentro de unos pocos miles de millones de kilómetros de donde la bestia gravitatoria acecha en secreto a la espera de su cena. Sgr A * está tranquilo ahora, en su vejez, pero probablemente este no fue el caso de hace un siglo, cuando se comió un desgraciado blob de material que había viajado demasiado cerca de donde estaba escondido. Esta fiebre es responsable de crear una exhibición de fuegos artificiales explosivos, brillantes y relucientes, que ilumina el corazón oscuro y hambriento de nuestra Galaxia.

Debido a que Sgr A * está ubicado relativamente cerca de nuestro propio planeta, proporciona información importante sobre la forma en que se comporta la gravedad extrema, y ​​eso ayuda a arrojar nueva luz sobre la Relatividad General.

La extraña guarida de Sgr A *

En agosto de 1931, el físico estadounidense Karl Jansky (1905-1950), considerado el padre de la radioastronomía, detectó una misteriosa señal de radio proveniente de un lugar en el corazón de nuestra Vía Láctea. La extraña señal se originó en la dirección de la constelación de Sagitario . El propio Sgr A * fue descubierto el 13 y 15 de febrero de 1974 por los astrónomos, el Dr. Bruce Balick de la Universidad de Washington y el difunto Dr. Robert Brown (1943-2014), utilizando el interferómetro de referencia del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, por sus siglas en inglés). ) en Charlottesville, Virginia. El nombre Sgr A * fue utilizado por primera vez por Brown en un trabajo de investigación de 1982. Esto se debe a que creía que la misteriosa fuente de radio era “emocionante”, y los estados de átomos se indican con asteriscos, por lo tanto, Sgr A *.

El 16 de octubre de 2002, un equipo internacional de astrónomos, dirigido por el Dr. Reinhard Genzel del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania, informó que, durante más de una década, habían estado observando el movimiento de una estrella, apodada S2. , ubicado cerca de Sgr A * . El equipo de astrónomos propuso que los datos que habían obtenido eliminaron la posibilidad de que Sgr A * alberga un grupo de objetos estelares oscuros o una masa de fermiones degenerados. Su propuesta fortaleció la evidencia de la existencia de un agujero negro supermasivo que acecha en el corazón oscuro de nuestra Vía Láctea.

Sgr A * en sí es una fuente de radio muy compacta y brillante, ubicada cerca del borde de las constelaciones de Sagitario y Escorpio. Es una región ubicada dentro de una característica astronómica más grande llamada Sagittarius A.

Desafortunadamente, los astrónomos no han podido observar Sgr A * en longitudes de onda ópticas. Esto se debe a que está envuelto en una gruesa capa de polvo y gas que se encuentra entre la fuente y nuestro propio planeta. Varios equipos de astrónomos han hecho el esfuerzo de obtener imágenes de Sgr A * en el espectro de radio utilizando interferometría de línea de base muy larga (VLBI). A una distancia de 26,000 años luz, las observaciones del VLBI encontraron que la misteriosa fuente de radio tiene un diámetro de 44 millones de kilómetros. En comparación, la Tierra está a 150 kilómetros de nuestro Sol, y el planeta principal más interior, Mercurio, está a 46 millones de kilómetros de nuestro Sol cuando está más cerca de él (perihelio).

A partir de abril de 2017, ha habido imágenes de radio directas adquiridas de Sgr A * por los astrónomos que utilizan el Telescopio Horizon del Evento (EHT). Sin embargo, a partir de mayo de 2018, estos datos aún se están procesando y las imágenes aún no se han publicado. El EHT logró combinar imágenes tomadas de observatorios ampliamente espaciados en diferentes lugares de nuestro planeta. Esto se hizo para que los astrónomos obtuvieran una resolución de imagen más alta. Se sostiene que las mediciones pondrán a prueba la Teoría de la Relatividad General de Einstein más rigurosamente que los estudios anteriores. Si existen discrepancias entre la teoría de Einstein y se encuentran observaciones reales, esto sugerirá que los científicos pueden haber identificado las condiciones físicas en las que se rompe la teoría.

Las observaciones actuales indican que las emisiones de radio de Sgr A * no están siendo enviadas al espacio por el agujero negro. En cambio, las emisiones parecen provenir de una región brillante que rodea el agujero negro. Esta región está cerca del horizonte de eventos , posiblemente en el disco de acreción. Alternativamente, podría haber sido un chorro de material relativista que se lanzaba desde el disco. Si la posición de Sgr A * estuviera centrada con precisión en la bestia gravitatoria supermasiva , sería posible observarla ampliada más grande que su tamaño real. Esto se debe al fenómeno de la lente gravitacional . La lente gravitacional es una predicción de la Relatividad General que sugiere que la gravedad de un objeto en primer plano puede deformar, doblar o aumentar la luz que se emite desde un objeto de fondo con el que está alineado. Por lo tanto, la lente gravitacional es un regalo natural, de algún tipo, para los astrónomos que intentan observar objetos remotos que de otra manera no podrían verse: la lente de primer plano aumenta, o deforma, la luz que emana del objeto de fondo que se está lentejando, lo que lo hace Visible a los ojos curiosos de los astrónomos curiosos. Mediante el uso de lentes g ravitational como un instrumento de observación, los astrónomos fueron capaces de determinar que nuestra galaxia ‘s residentes supermasivos deportes agujero negro de una masa de aproximadamente 4 millones de veces la de nuestro Sol

Los muchos misterios del corazón de la oscuridad de nuestra galaxia

El equipo de investigación de astrónomos comenzó sus observaciones de Sgr A * en 2013, utilizando los telescopios de Interferometría de Base Muy Larga (VLBI ) ubicados en cuatro sitios diferentes. Los telescopios que utilizaron los investigadores incluyeron el telescopio APEX , la matriz combinada para la investigación en astronomía de ondas milimétricas ( CARMA) en California, el telescopio James Clerk Maxwell ( JCMT ) en Hawai, la matriz de submilimetría por fases (SMA) en Hawai y la Telescopio submilimétrico ( SMT ) en Arizona. Sgr A * fue descubierto por todas las estaciones y la longitud de referencia más larga se extendió hasta casi 10,000 kilómetros. Esto sugiere una estructura fuente ultracompacta y asimétrica (no puntual).

“La participación del telescopio APEX casi duplica la longitud de las líneas de base más largas en comparación con observaciones anteriores y lleva a una resolución espectacular de solo 3 radios de Schwarzschild”, comentó el Dr. Ru-Sen Lu en un Instituto Max Planck del 24 de mayo de 2018 para Comunicado de prensa de radioastronomía (MPIfR) . El Dr. Lu pertenece al MPIRR en Bonn, Alemania, y es el autor principal del artículo que describe la nueva investigación.

“Revela detalles en la fuente de radio central que son más pequeños que el tamaño esperado del disco de acreción”, agregó el Dr. Thomas Krichbaum en el mismo comunicado de prensa de MPIfR. El Dr. Krichbaum es el iniciador de las observaciones de mm- VLBI con APEX.

La ubicación de APEX en el hemisferio sur considerada mejoró significativamente la calidad de las imágenes para una fuente tan al sur en el cielo como Sgr A *. De hecho, APEX ha tenido éxito en “allanar el camino” para la inclusión del telescopio ALMA grande y muy sensible en las observaciones EHT , que actualmente se están descarrilando una vez al año.

“Hemos trabajado duro a una altura de más de 5000 metros para instalar el equipo y hacer que el telescopio APEX esté listo para las observaciones VLBI a longitudes de onda de 1.3 mm”, explicó el Dr. Alan Roy en el comunicado de prensa de MPIfR. El Dr. Roy, que también es de MPRfR , dirige el equipo VLBI en APEX . “Estamos orgullosos de la buena actuación de APEX en este experimento”, agregó.

El equipo de astrónomos utilizó un procedimiento de ajuste de modelo para estudiar la estructura de escala de horizonte de eventos de Sgr A *. “Comenzamos a descubrir qué aspecto podría tener la estructura de escala del horizonte , en lugar de simplemente extraer conclusiones genéricas de las visibilidades que muestreamos. Datos, aunque no podemos excluir otros modelos, por ejemplo, una composición de puntos brillantes”, Dr. . R-Sen Lu explicó en el mismo comunicado de prensa de MPRfR. Las observaciones en el futuro con aún más telescopios agregados al EHT ayudarán a resolver las ambigüedades residuales en la imagen.

El corazón de la oscuridad supermasivo residente de nuestra Galaxia está incrustado en un denso medio interestelar. Esto puede afectar la propagación de ondas electromagnéticas a lo largo de la línea de visión. “Sin embargo, el centelleo interestelar, que en principio puede conducir a distorsiones de la imagen, no es un efecto estrictamente dominante en la longitud de onda de 1.3 mm”, señaló el Dr. Dimitrios Psaltis en el comunicado de prensa del 24 de mayo de 2018 MPRfR . El Dr. Psaltis es el científico del proyecto EHT en la Universidad de Arizona en Tucson.

El Dr. Sheperd Doeleman, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica ( CfA) en Cambridge, Massachusetts, y director del proyecto EHT , señaló en el mismo Comunicado de Prensa de MPRfR que “los resultados son un paso importante para el desarrollo continuo de Event Horizon Telescopio . El análisis de nuevas observaciones, que desde 2017 también incluyen a ALMA , nos acercará un paso más para obtener imágenes del agujero negro en el centro de nuestra galaxia “.

Estos nuevos hallazgos se publican en The Astrophysical Journal.

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