El esperado anuncio de la imagen del agujero negro en el centro de la Vía Láctea me encontró en un congreso (el primero presencial en años), así que no tuve oportunidad de actualizar la nota del sábado pasado, que precisamente trataba sobre el abigarrado centro galáctico. A esta altura todos han visto la foto publicada por el Event Horizon Telescope:
Guau. Sabíamos que estaba allí, pero tener una foto es algo distinto, lo vuelve de golpe más real. Un agujero negro gigante, pesado como 4 millones de soles, capaz de enroscar la luz emitida por la materia caliente que tiene a su alrededor, y que produce esta silueta luminosa. Y que no te digan que no es una foto. Es cierto que no es luz visible, que son microondas de 1.3 mm. Pero las microondas y la luz son lo mismo, sólo que llamamos luz a la radiación electromagnética que podemos ver. Y es verdad que no fue hecha con una lente y una cámara: se usó un radiotelescopio del tamaño del planeta entero, y cinco años de cálculos matemáticos para convertir sus mediciones en una imagen. Pero una foto que hacés con el celu también es el resultado de un cálculo matemático que convierte electrones del sensor de la cámara en figuras de colores en la pantalla. Así que es una foto, qué embromar.
Por supuesto, es irresistible comparar esta foto de Sgr A* (se dice "Sagitario A estrella") con la del agujero negro central de M87, que "pesa" mil veces más. Fue observado durante la misma campaña en 2017 pero publicado mucho antes, en 2019. Acá están (ambos a la misma escala):
Curiosamente, los dos son casi iguales en el cielo: miden unos 50 millonésimos de segundo de arco (como una pelo a 1000 kilómetros). Son parecidos, pero diferentes. Son parecidos, porque los agujeros negros son en el fondo todos iguales: son geometrías, más que objetos, soluciones de las ecuaciones de la
Relatividad General. Pero lo que vemos no es el agujero negro, por supuesto, sino luz de la materia supercaliente, superrápida, en órbita a su alrededor. El anillo de
M87* es bien circular, pero el nuestro está achatado. Y tiene tres regiones brillantes igualmente espaciadas, en lugar de las dos bien distintas del de M87. ¿A qué se deben estas peculiaridades? El movimiento de esta materia se encuentra entre los problemas más difíciles de la física: está descripto por la
magnetohidrodinámica generalrelativista (GRMHD), que combina (léase con tono irónico) la naturaleza intuitiva de las
ecuaciones de Maxwell con la sencillez de las
ecuaciones de Navier-Stokes y lo baladí de la
Relatividad General. Los autores argumentan que sus cálculos no son definitivos, pero la forma observada es compatible con un disco de materia completamente ionizada, con los electrones y los iones débilmente acoplados (así que pueden tener diferentes temperaturas en distinas regiones), y con los electrones produciendo la totalidad de la radiación por
efecto sincrotrón. Estos cálculos pueden ser comparados con la observación, y muestran un ejemplo:
La imagen de la izquierda es una instantánea computada, la del medio un promedio temporal observado con la cadencia propia del EHT, y la de la derecha una reconstrucción de una hipotética observación de ella. En video el mejor modelo se ve así:
Este tipo de cómputos permite concluir que el agujero negro gira en la misma dirección que el disco de materia (y no muy rápido), que su eje de rotación está apenas inclinado hacia nosotros (lo vemos casi "de costado"), que se come entre 10-9 y 10-8 masas solares por año, y que radia 1038 ergios por segundo (los astrónomos se empeñan en medir la energía con una unidad pequeñísima como el ergio, que encima no es del Sistema Internacional). La intensidad de la depresión oscura central, además, apoya la existencia de un horizonte de eventos; en otras palabras, que es realmente un agujero negro y no un objeto ordinario simplemente muy masivo (o una singularidad desnuda, o una estrella de bosones, o un agujero de gusano, qué sé yo). Es un agujero negro de Kerr común y corriente. Los cálculos permiten además visualizar el objeto que mejor se ajusta a las observaciones de maneras vistosas que ya no son "representaciones artísticas" sino modelos astrofísicos tridimensionales:
¿Y por qué se ve tan "fuera de foco"? ¿No lo pueden hacer mejor? Hay que
decir que es tal como lo esperábamos, dado el diseño actual del EHT y las observaciones indirectas anteriores. Pero con longitudes de onda menores, o con más
radiotelescopios, se podrá mejorar la resolución. Y también con telescopios fuera de la
Tierra. ¿Se imaginan agregando un radiotelescopio en la Luna? ¡Aaaaaahhhh!
La razón por la cual esto llevó tanto tiempo (más del doble que para producir la imagen de M87*) es que, al ser más chico, la materia en órbita está más cerca y se mueve mucho más rápido (imaginen Mercurio y Júpiter, por ejemplo). El EHT observó Sgr A* durante 5 días, uno de los cuales coincidió con una explosión en rayos X (algo que Sgr A* hace cada tanto, y por supuesto fue monitoreado en paralelo). La imagen publicada corresponde a la observación del 7 de abril, y esperamos que en el futuro haya un mini video con las 5 observaciones. Incluso en su estado "tranquilo", Sgr A* es muy variable, con fluctuaciones de intensidad en escala de minutos (en comparación con los meses que le lleva a M87*). Esta es la "curva de luz" del 7 de abril:
Para finalizar, y completando la imagen que muestra la región del centro galáctico de la semana pasada, aquí está una versión actualizada con la nueva foto de Sgr A*. Noten la escala: la imagen total mide 20 grados de ancho (como una mano abierta con el brazo extendido). El pedacito de MeerKAT de Sgr A de la semana pasada mide 3 grados de ancho. A la misma escala Sgr A* sería menos de un pixel, así que está enormemente zoomeado 5000 veces:
Los agujeros negros "normales", de masa estelar, que hay en la Vía
Láctea, son demasiado pequeños aun para el Event Horizons Telescope. ¡Es
un telescopio para observar sólo dos objetos! Pero estos agujeros
negros alimentan algunos de los fenómenos más energéticos del universo, y
parecen haber jugado un rol crucial en la formación de las galaxias.
Nunca los habíamos visto. Estoy seguro de que es un enorme avance para
varias áreas de la astrofísica. Por otro lado, el logro tecnológico en
sí mismo seguro que dará lugar a una multitud de avances en
instrumentación,
como suele ocurrir.
El artículo de donde extraje casi todos los detalles es el primero de una serie de seis:
Event Horizon Telescope Collaboration, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way, The Astrophysical Journal Letters, 930:L12 (2022).
Las imágenes son de los boletines de prensa de ESO y del paper. El modelo 3D es del paper V ("testing astrophysical models"). La composición final es de EHT+MeerKAT+APEX/ATLASGAL, hecha por mí.
Varios de los links en la nota llevan a preciosos e ilustrativos videos que están en material suplementario del anuncio. Búsquenlos.
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