Crédito imagen: Hotaka Shiokawa (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) & Gisela Ortiz León (UNAM)
Un equipo internacional de astrónomos utilizaron una red de siete radio telescopios ubicados en Norte América para medir de manera precisa la emisión alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea. En este experimento se enlazó al Gran Telescopio Milimétrico “Alfonso Serrano” (GTM), una antena de 50 metros de diámetro localizada en Puebla, México, con antenas en el territorio estadounidense, para formar un telescopio virtual de tamaño continental. Los resultados del experimento, que recientemente se han publicado en la revista “The Astrophysical Journal”, demuestran que la inclusión del telescopio mexicano permitirá estudiar el gas caliente en la frontera del agujero negro supermasivo más cercano a la Tierra.
Nuestra Galaxia alberga en su centro un agujero negro que posee unas 4 millones de veces la masa del Sol. La gravedad de un agujero negro es tan inmensa que es capaz de doblar la trayectoria de la luz. Los agujeros negros además poseen una frontera, conocida como el horizonte de eventos, la cuál define la región más allá de la cual los rayos de luz y la materia no pueden escapar. Pareciera entonces que por su naturaleza misma los agujeros negros son invisibles a nuestros telescopios. Los agujeros negros se pueden observar gracias a la luz emitida por la materia que está atrapada en su área de influencia gravitacional. En el centro de la Vía Láctea, gas y polvo caen hacia el agujero negro, liberando radiación detectable con telescopios en Tierra. Pero realizar estas observaciones implica un reto para los astrónomos, ya que el espacio comprendido entre el centro de la Vía Láctea y la Tierra contiene un gas muy tenue de partículas cargadas que distorsiona nuestra visión del centro Galáctico.
Las 6 antenas que se usaron para observar simultáneamente con el GTM pertenecen al gran arreglo conocido como el “Very Long Baseline Array (VLBA)”. Este tipo de arreglos, llamados interferómetros, se basan en un principio simple: entre mayor sea la separación entre sus elementos y menor sea la longitud de onda de la radiación detectada, el interferómetro distinguirá mas detalles de la emisión. Antes de estas observaciones, el VLBA no contaba con una antena en el sur de Norte América, por lo que antes no era posible determinar con certeza la estructura de la emisión milimétrica en la dirección norte-sur, y los estudios se limitaban solamente a la dirección este-oeste. Con la adición del GTM, los investigadores fueron capaces de detectar y medir de manera muy precisa el tamaño de la estructura a una longitud de onda de 3 milímetros en ambas direcciones. Además, gracias a su gran tamaño, el GTM aumentó la sensitividad del arreglo, que es la capacidad del instrumento para detectar señales débiles. Al utilizar un arreglo más extendido y más sensitivo, los investigadores fueron capaces de caracterizar y remover los efectos introducidos por la propagación de radiación del Centro Galáctico a través del medio interestelar.
En la primavera de 2015, el equipo de astrónomos liderado por Gisela Ortiz León, estudiante de Doctorado del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México, utilizaron este arreglo para estudiar la luz a una longitud de onda de 3 milímetros proveniente del agujero negro del centro de la Galaxia. De sus observaciones, el equipo determinó que el tamaño físico de la región donde se produce la radiación de 3 milímetros es unas 14 veces el tamaño del horizonte de eventos (equivalente a 1.2 unidades astronómicas, o al volumen contenido dentro de la órbita de Venus, aproximadamente). Este resultado sugiere que dicha radiación se origina en el entorno cercano al agujero negro, corroborando los resultados de modelos matemáticos publicados en años recientes en la literatura. En algunos de estos modelos se propone que campos magnéticos aceleran el gas caliente de la vecindad del agujero negro a velocidades cercanas a la de la luz, formando chorros luminosos (técnicamente llamados jets) que radian en una amplia gama de longitudes de onda. Otros modelos proponen que la radiación cerca del agujero negro se origina naturalmente por un flujo continúo de gas que se calienta a unos cuantos millones de grados Kelvin antes de que alcance el horizonte de eventos y se desvanezca.
Los investigadores presentaron un estudio novedoso en el que utilizaron programas especializados para simular y predecir los efectos introducidos por el gas que permea el espacio entre la Tierra y el Centro Galáctico. A partir de dicho estudio, determinaron que las variaciones temporales observados en los datos adquiridos con el nuevo arreglo se comportan de acuerdo a sus predicciones. Sin embargo, también se encontró que el arreglo tiene la sensitividad suficiente para monitorear en tiempo real al agujero negro y detectar estallidos de radiación que ocurran cerca del horizonte de eventos debido a posibles incrementos en la tasa de caída de gas hacia el agujero negro. El Dr. Shep Doeleman, un especialista en agujeros negro supermasivos y director del Telescopio del Horizonte de Eventos comenta “Los agujeros negros son comensales desordenados. Parte de la materia cae a través del horizonte de eventos, pero mucha de ésta también es expelida por vientos. El GTM nos permitirá ver al agujero negro alimentándose en tiempo real.”
Las observaciones se realizaron en el 2015, pero los investigadores visitaron el sitio entre Junio de 2013 y Abril de 2014 con el objetivo de instalar los instrumentos necesarios para observar en sincronía con las otras antenas del arreglo. Para la adquisición de datos, miembros del equipo instalaron discos de alta velocidad proporcionados por el observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachussets. Un reloj atómico, cuya función es registrar tiempo y frecuencia de manera precisa, también fue trasladado e instalado en el sitio. Gisela comenta “la instalación del equipo fue una de las partes más críticas del proyecto, pero a la vez fue muy emocionante, porque tuvimos la oportunidad de interaccionar directamente con la instrumentación del telescopio”.
El GTM, con una superficie de 50 metros, y con la capacidad de observar radiación milimétrica y submilimétrica, es el más grande de su tipo en el mundo. Para las observaciones de 2015 se utilizaron los 32 metros internos que actualmente operan de manera óptima y se espera que la superficie restante se complete en el año 2017. En los próximos años, el GTM seguirá participando en observaciones con varios arreglos entre los que se encuentran el “Global Millimeter Very Long Baseline Interferometry Array”, el “High Sensitivity Array”, y el “Event Horizon Telescope”. El Dr. Laurent Loinard, profesor de la UNAM y coautor de la publicación, expresa su satisfacción sobre la participación de México en dichas observaciones, y de su papel clave en el proyecto del Horizonte de Eventos”.
El equipo está integrado por investigadores del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Massachusetts Institute of Technology (MIT) Haystack Observatory, University of Massachusetts Amherst (UMass), Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), e Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
Referencias:
The Intrinsic Shape of Sagittarius A* at 3.5 mm Wavelength ,
Ortiz-León G. N., Johnson M. D., Doeleman S. S., Blackburn L., Fish V. L., Loinard L., Reid M. J., Castillo E., Chael A. A., Hernández-Gómez A., Hughes D. H., León-Tavares J., Lu R.-S., Montaña A., Narayanan G., Rosenfeld K., Sánchez D., Schloerb F. P., Shen Z.-q., Shiokawa H., SooHoo J., Vertatschitsch L., 2016, ApJ, 824, 40.
Por Gisela Ortiz León, Laurent Loinard y Shep Doeleman