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Astrónomos van mirar de cerca dentro de un Agujero Negro

Astrónomos van mirar de cerca dentro de un Agujero Negro por primera vez con un Telescopio para ver en el Horizonte de Eventos


Astrónomos van mirar de cerca dentro de un Agujero Negro
No sabemos que hay en el agujero negro del centro de la Vía Láctea el cual sabremos como se verá. Crédito de la imagen: Ute Kraus/Wikipedia, CC BY-SA


Original por Carole Mundell, University of Bath Marzo 26, 2017

Desde que se mencionaron por primera vez por parte de Jon Michell en una carta a la Royal Society en 1783, los agujeros negros han capturado la imaginación de los científicos, escritores, y productores de cine y de otros artistas. Quizás parte de la fascinación es que estos objetos enigmáticos no han sido “observados” aun. Pero esto podría estar a punto de cambiar por que un equipo de astrónomos está conectando un numero de telescopios en la Tierra con la esperanza de obtener la primera imagen de un agujero negro.

Los agujeros negros están en regiones del espacio dentro de las cuales la atracción de la gravedad es tan fuerte que nada – ni siquiera la luz – puede escapar. Su existencia fue predicha matemáticamente por Karl Schwarzchild en 1915, como una solución para las ecuaciones propuestas por la teoría general de la relatividad de Einstein.

Los astrónomos han tenido evidencia circunstanciales por muchas décadas de los agujeros negros supermasivos – de un millón a miles de millones de veces más masivos que nuestro Sol – yacen en los corazones de las galaxias. Esto se debe a que puede ser observado el jalón gravitacional que ellos ejercen sobre las estrellas que orbitan el centro galáctico. Cuando son sobre-alimentados con materi de los alrededores de su ambiente galáctico, ellos también eyectan chorros detectables de plasma a velocidades cercanas a la de la luz. El año pasado, el experimento LIGO proveyó incluso mayor evidencia al detectar las famosas ondas en el espacio-tiempo causadas por la fusión de dos agujeros negros de masa media sucedida hace millones de años,

Pero mientras ahora sabemos que los agujeros negros existen, las preguntas relacionadas con su origen, evolución e influencia en el Universo permanecen delante de la astronomia moderna.

Capturando un diminuto punto en el firmamento

En Abril 5 hasta el 14 de 2017, un equipo espera mirar en el Horizonte de Eventos con la esperanza de comprobar la teorías fundamentales de la física de los agujeros negros al intentar tomar por primera vez la imagen del horizonte de eventos de un agujero negro (el punto en el cual nada puede escapar). Mediante la conexión de arreglo global de radio telescopios juntos que formarían juntos un telescopio equivalente al tamaño de la Tierra – usando una técnica conocida como Interferometría{i} de muy Larga Base y la Síntesis de apertura Terrestre ( Very Long Baseline Interferometry and Earth-aperture synthesis) – los científicos esperan ver en el centro de la Vía Láctea en donde un agujero de 4 millonés de veces más masivo que nuestro Sol – Sagitario A – merodea.

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Sagitario A. Esta imagen fue tomada con el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA. Crédito de la imagen: NASA/Wikipedia

Los astrónomos saben que hay un disco de polvo y gas orbitando alrededor del agujero negro. El camino de la luz de este material toma un camino distorsionado por el campo gravitatorio del agujero negro. Su brillo y color son también esperados que sean alterados en formas predecibles. Lo que dice tal marca es que los astrónomos esperan ver con el telescopio el Horizonte de Eventos cuya forma y brillo es creciente en lugar del disco. Y así ellos podrían incluso ver la sombra del horizonte de eventos del agujero negro contra el fondo brillante del material arremolinándose.

El arreglo conecta nueve estaciones distribuidas por el globo – algunos telescopios individuales, otros colecciones de telescopios – en la Antártica, Chile, Hawaii, España, Mejico y Arizona. El “telescopio virtual” ha estado en desarrollo por muchos años y la tecnología ha sido probada. Sin embargo, estas pruebas iniciales han revelado un sensibilidad limitada y una resolución angular que fue insuficiente para sondear hasta las escalas necesarias para alcanzar el agujero negro. Pero la adición de los nuevos arreglos sensitivos de telescopios – incluyendo al Arreglo Grande Milimétrico de Atacama en Chile y del Telescopio del Polo Sur – nos dará la red de un necesario incremento del poder. Escomo si nos pusiéramos unas lentes y pudiéramos distinguir entre dos faros encendidos en lugar de un solo destello borroso.

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El Gran Arreglo sub-milimétrico de Atacama ALMA por la noche bajo las Nubes de Magallanes. Crédito de la imagen: ESO/C. Malin/Wikipedia, CC BY-SA

El agujero negro es una fuente compacta en el firmamento – su visión a longitudes de ondas (la luz que podemos ver) esta completamente bloqueada por las grandes cantidades de polvo y gas. Sin embargo, con telescopios con suficiente resolución y operando a longitudes, de radio más largas pueden ver de cerca en esta niebla cósmica.

La resolución de cualquier tipo de radio telescopio – los detalles más finos que pueden ser discernidos y medidos – es comúnmente citado como el pequeño ángulo correspondiente a la proporción del tamaño del objeto con relación a su distancia. El tamaño angular de la Luna como es visto desde la Tierra es de cerca de medio grado, o 1.800 segundos de arco. Para cualquier telescopio, entre más grande sea su apertura, más pequeño es el detalle que puede ser resuelto.

La resolución de un solo radio telescopio (típicamente con una apertura de 100 metros) es de aproximadamente cerca de 60 segundos de arco. Esto es comparable con la resolución de un ojo humano sin ayuda y cerca de una sexagésima parte del diámetro aparente de la luna llena. Pero mediante el método de conectar muchos telescopios, el Teléscopio de Horizonte de Eventos será capaz de alcanzar una resolución de 15-20 micro segundos de arco (0,000015 segundos de arco), correspondiente a ser capaz de avistar una uva a la distancia de la Luna.

Que está en juego?

Aun cuando la practica de conectar muchos telescopios de esta manera es algo bien conocido, en particular para los retos que se plantean para el Telescopio del Horizonte de Eventos. La información registrada en cada estación de la red será enviada a una central de procesamiento en donde un súper-computador cuidadosamente combinará toda la información. Los diferentes climas, condiciones atmosféricas en cada sitio requerirán de una meticulosa calibración de la información de modo que los científicos puedan estar seguros de que cualquier característica que ellos hallen en las imágenes finales no sean cosas creadas desde otras fuentes.

Si esto funciona, el captar la imagen dentro de la región de un agujero negro con estas resoluciones angulares es comparable a que el horizonte de eventos se abriera a una nueva era de estudios en los agujeros negros y así resolver las más grandes interrogantes: el horizonte de eventos en realidad existe? La teoría de Einstein funciona en esta región de extrema gravedad poderosa o necesitamos de una nueva teoría para describir la gravedad tan cerca de un agujero negro? También, como se alimentan los agujeros negros y como el material es eyectado?

Podría ser posible tomar imágenes del centro del agujero negro de las galaxias más cercanas, tal y como la gigante elíptica que está en centro del cúmulo de galaxias local

Finalmente, la combinación de la teoría matemática y la profundidad de la visión física, la colaboración científica global y la destacable, y tenaces avances de largo plazo están en la vanguardia de física experimental y la ingeniería se unen para hacer revelar la naturaleza del espacio tiempo una característica definitoria para la ciencia del siglo XXI.


Carole Mundell, es la directora del Departamento de Física, en University of Bath

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{i} La interferometría es una familia de técnicas utilizadas en múltiples ciencias y tecnologías, como astronomía, climatología, fibra óptica, metrología, metrología óptica, oceanografía, sismología, espectroscopia (y sus aplicaciones a química), mecánica cuántica, física nuclear y física de partículas, física del plasma, teledetección, interacciones biomoleculares, perfiles de superficie, microfluídica, tensión mecánica / medición de la deformación, y velocimetría;1 :1–2 que consiste en combinar la luz, como principio de superposición proveniente de diferentes receptores, telescopios o antenas de radio para obtener una imagen de mayor resolución.

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