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Gracias a radiotelescopio mexicano, miden de manera muy precisa la emisión alrededor del agujero negro en el centro de la Vía Láctea

Santa María Tonantzintla, Puebla, a 4 de julio de 2016. Por primera vez, un equipo internacional de astrofísicos ha podido medir con precisión la forma de la región, que emite luz a una longitud de onda de tres milímetros, asociada al agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.

Este objeto tiene una masa equivalente a cuatro millones de veces la masa del Sol y está ubicado a 25 mil años luz aproximadamente en la región conocida como Sagitario A* (SgrA*).

El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), operado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), en México, participó en las mediciones de este agujero negro junto con otros telescopios, empleando la técnica de interferometría de base muy larga (Very Long Baseline Interferometry, VLBI), que consiste en combinar las señales de radiotelescopios en distintas partes de la Tierra para obtener una resolución angular equivalente a la de un telescopio con dimensiones correspondientes a la de la mayor distancia de separación entre los mismos. Para sincronizar las observaciones, los radiotelescopios poseen relojes atómicos que sólo pierden un segundo cada 100 millones de años.

Estos resultados fueron publicados hace unos días en la reconocida revista The Astrophysical Journal, en un artículo titulado "The Intrinsic Shape of Sagittarius A* at 3.5 mm Wavelength", liderado por la estudiante de doctorado mexicana Gisela Ortiz, y son producto de las observaciones realizadas a longitudes de onda de tres milímetros combinando el GTM y otros seis radiotelescopios en Norteamérica, simulando una antena de dimensiones continentales. En este artículo participan investigadores del INAOE, IRYA, la Universidad de Massachusetts y el Harvard Smithsonian Center for Astrophysics.

Entre los principales hallazgos reportados en dicho artículo están que la emisión de radio del agujero negro en el centro de la Vía Láctea proviene de una región 14 veces más grande que su horizonte de eventos, que es la frontera más allá de la cual los rayos de luz y la materia ya no pueden escapar. 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.

Algunos de estos modelos proponen que los 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, pero particularmente a tres milímetros.

Otros modelos proponen que la radiación cerca del agujero negro se origina por un flujo continuo de gas que se calienta a unos cuantos millones de grados Kelvin antes de que alcance el horizonte de eventos y se desvanezca.

En conjunto, los radiotelescopios involucrados en el experimento produjeron 77.5 Gigabytes de datos durante tres noches de observación. "Se requirió de aproximadamente doce días después de finalizadas las observaciones en 2015 para trasladar los discos de datos desde Puebla a la estación central en Nuevo México, Estados Unidos, y combinarlos con los datos que las otras antenas del arreglo adquirieron simultáneamente con el GTM. Su análisis nos tomó aproximadamente siete meses", comenta la autora principal Gisela Ortiz, estudiante del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica de la UNAM en Morelia, quien añade que el mayor reto del experimento fueron los trabajos para poner a punto el equipo de VLBI en el GTM, "en la primavera de 2014 subimos al sitio durante dos semanas aproximadamente para instalar el reloj atómico, y hacer pruebas al equipo de grabado y procesamiento de la señal proveniente del centro galáctico. Una parte crucial fue coordinarnos con las otras estaciones para observar en las mejores condiciones de clima".

Por su parte, Alfredo Montaña, uno de los astrofísicos del INAOE que participó en la investigación, explica: "Lo que medimos con los telescopios son los efectos gravitacionales que producen los agujeros negros en su entorno, que atraen hacia su interior el material que está en su vecindad. En este proceso el material se calienta y emite radiación, la cual podemos medir. Ahora, estas nuevas mediciones servirán como guía y restricción observacional para la construcción de modelos teóricos que expliquen la producción de emisión en la vecindad del agujero negro supermasivo".

La inclusión del GTM en el arreglo de radiotelescopios permitió detectar y medir con precisión el tamaño de la estructura donde se produce la emisión a tres milímetros, particularmente en la dirección norte-sur. "Además, gracias a las dimensiones del GTM, se alcanzó la sensibilidad necesaria para caracterizar y reducir los efectos producidos por la propagación de la radiación proveniente del centro galáctico a través del medio interestelar", apunta.

A su vez, el Dr. Édgar Castillo, investigador del INAOE y otro de los autores del artículo, apunta que con estas observaciones se tiene la suficiente resolución para estudiar la región que emite a 3 mm asociada al agujero negro en el centro de la Vía Láctea y determinar qué forma tiene. "Sabemos que los agujeros negros son objetos muy extraños, todo lo que sucede cerca de su horizonte de eventos es un laboratorio para hacer pruebas relativistas, podemos detectar partículas moviéndose a velocidades cercanas a la luz, lo que no es fácil conseguir en ninguna parte, y esto está ahí haciéndolo todo el tiempo. Es el equivalente a tener un gran acelerador de partículas para hacer pruebas de física fundamental".

Finalmente, hay que destacar la importancia de la participación del GTM en ésta y en futuras observaciones interferométricas de SgrA*, incluyendo el Event Horizon Telescope (EHT), proyecto liderado por el Dr. Shep Doeleman del Smithsonian Astrophysical Observatory, que busca medir la sombra del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, probar la teoría de la relatividad general de Einstein y estudiar los procesos físicos en el campo gravitacional extremo en torno al mismo. El EHT combinará observaciones interferométricas a 1.3 milímetros de los principales telescopios milimétricos del mundo.