Pols d'estels

Finalment ja sabem quin aspecte té el forat negre supermassiu que es troba just al centre de la nostra galàxia, la Via Làctia. Ja feia 15 dies que s’anunciava una conferència de premsa a la seu de  l’ESO (European Southern Observatory) a Munic i tothom estava expectant.

I passades les 3 de la vesprada d’ahir es va revelar la imatge del centre galàctic. La zona fosca central és l’ombra del forat negre que queda amagat allí dins. Al seu voltant, els remolins de gas calent, escalfats per la fricció emeten radiació de ràdio que podem detectar. Els fotons que aconseguiren escapar de l’abraçada de la bèstia còsmica ens dibuixen així un anell brillant al voltant de l’ombra del forat negre.

La imatge ha estat produïda per un equip d’investigació global anomenat ‘Col·laboració del Telescopi d’Horitzó de Successos’ (Event Horizon Telescope Collaboration, EHT), utilitzant observacions amb una xarxa mundial de radiotelescopis, entre els quals es troben el radiotelescopi IRAM al Pico Veleta, Granada, el radiotelescopi del Pol Sud i la xarxa de més de 60 antenes d’ALMA a Xile.

Sara Issaoun de la Universitat de Harvard contava a la conferència de premsa: “Aquesta imatge ens confirma, per primera vegada, amb proves directes que Sgr A * és un forat negre.  La mida angular de la zona fosca és d’uns 52 microsegons d’arc, equivalent a la imatge d’un bunyol a la Lluna vist des de la Terra a ull nu. Com que la mida de l’ombra d’un forat negre està relacionada amb la seua massa, podem utilitzar-la per confirmar que la seua massa és d’uns 4 milions de vegades la del Sol. Això està exactament d’acord amb les prediccions d’Einstein de la Relativitat General!  Sgr A* sembla molt semblant a la primera imatge d’un forat negre que s’havia obtingut abans, la de M87*, tot i que els dos són molt diferents i es troben en entorns molt diferents. Això ens diu que, independentment de la mida de l’entorn, l’espai al voltant d’un forat negre estarà dominat per la gravetat.”

Durant anys ja s’havia estudiat el moviment d’estels orbitant al voltant d’un objecte invisible, compacte i molt massiu al centre de la nostra galàxia, la Via Làctia. L’estudi d’aquestes òrbites durant 25 anys amb l’us de la tercera llei de Kepler va permetre calcular-li una massa de més de 4 milions de masses solars i, per tant, pensar molt contundentment que aquest objecte –conegut com a Sagitari A* (o simplement Sgr A*)– és un forat negre supermassiu. Per aquests treballs, Reinhard Genzel i Andrea Ghez van rebre el premi Nobel de Física l’any 2020. Ara les observacions i la imatge publicada ahir proporcionen la primera evidència visual directa d’aquest forat negre.

Aquest és el segon forat negre del qual es té una imatge directa. El primer que es va fotografiar, i la imatge del qual va ser publicada en l’abril de 2019 també per EHT, és el que habita el centre de la galàxia M87, a poc més de 50 milions d’anys-llum. Un forat negre enorme de 6500 milions de masses solars i tan gran que el nostre sistema solar cabria perfectament dins del seu horitzó d’esdeveniments (277.5 ua). En aquesta ocasió, la imatge que publica l’EHT és la del cor de la nostra pròpia galàxia, un forat negre molt més petit, amb una massa de només 4 milions de sols situat a només uns 27.000 anys-llum de la Terra.

Aquest assoliment d’ara ha estat considerablement més difícil que el de M87*, malgrat que Sgr A* està molt més prop de nosaltres. “Encara que el nostre centre galàctic està molt més a prop que M87*, també té una massa molt menor, la qual cosa fa el seu horitzó d’esdeveniments molt més xicotet que el de M87* (tan sols uns pocs minuts-llum)”, afig Iván Martí-Vidal, investigador GenT de la Generalitat Valenciana a la Universitat de València i autor dels algorismes de calibració que van permetre la participació del telescopi mil·limètric ALMA (el més sensible del món) en aquestes observacions. “En ser un forat negre tan xicotet, la seua lluentor i la seua forma poden canviar de manera molt ràpida, i això representa seriosos problemes a l’hora de generar la seua imatge amb els nostres radiotelescopis”.

“Un trosset d’aquesta imatge porta segell valencià”, afirma Iván Martí Vidal. A més, l’equip valencià ha contribuït a l’anàlisi de la reconstrucció de la imatge amb un dels diversos algorismes desenvolupats en l’EHT. “La grandària aparent de l’anell d’aquest forat negre és similar a la d’una pilota de tennis en la Lluna”, afirma Alejandro Mus, estudiant GenT a la Universitat de València i un dels investigadors que va fer possible la correcció dels efectes del plasma interestel·lar en la imatge del forat negre. Per a obtindre la imatge d’un objecte tan minúscul en el cel, l’equip de l’EHT va crear una xarxa de huit radiotelescopis, combinats per a formar un únic telescopi virtual de la grandària de la Terra. L’EHT va observar Sgr A* durant diverses nits d’abril de 2017, recopilant dades durant moltes hores seguides, de manera similar a com una càmera fotogràfica tradicional faria una imatge amb un temps d’exposició molt llarg.

Un del problemes que van haver d’afrontar els investigadors va ser com tractar la gran variabilitat de Sgr A* i el seu ràpid gir.  Un objecte que es mou en minuts mentre necessites hores per captar els senyals seria com fer un TAC a una persona que balla la samba!. Així que de moment han usant només dades dels moments més tranquils de Sgr A* i han deixat les dades més mogudes per a estudis posteriors. Iván Martí-Vidal comenta que el dia més mogut va ser l’11 d’abril del 2017 quan l’objecte acabava d’experimentar un brot d’emissió de raigs X. Aquestes dades són difícils d’analitzar però alguna cosa ja s’ha publicat.

L’equip d’investigació de l’EHT va haver de desenvolupar noves i sofisticades eines que tingueren en compte el moviment del gas al voltant de Sgr A*. “Bàsicament, vam haver de reinventar les tècniques d’interferometria astronòmica, en les quals es basen els telescopis com l’EHT”, afirma Alejandro Mus, el projecte de tesi del qual GenT versa precisament sobre el desenvolupament de nous algorismes que permetran, en un futur pròxim, obtindre imatges de major qualitat a partir d’aquesta mena d’observacions.

Un fet que ha sorprés és que l’anell brillant al voltant de Sgr A* està pràcticament de cara a nosaltres, gira en sentit antihorari com també ho fa el forat negre i que tots dos mostren una inclinació d’uns 30º respecte al pla de la Via Làctia. Això ho podem afirmar entre altres coses perquè veiem l’anell brillant complet, sense talls ni zones més primes que resultarien si el veiérem de perfil. Que l’eix de gir del forat negre, des d’on pot haver eixit en el passat o podria eixir en el futur un doll de plasma altament magnetitzat, estiga quasi en direcció cap a la Terra  és interessantíssim però altament inquietant com a mínim.

Respecte a la reconstrucció de la imatge a partir de les observacions interferomètriques de l’EHT, el telescopi IRAM-30m de Sierra Nevada (a Espanya) va jugar un important paper. “El radiotelescopi IRAM-30m va ser l’únic de tota Europa que va poder participar en aquestes observacions. Aquest telescopi ha aportat valuosa informació per a la reconstrucció de la imatge de SgrA*”, afirma Rebecca Azulay, que va participar en les observacions des del telescopi IRAM-30m.

Aquest treball ha sigut possible gràcies al talent i l’esforç d’un equip d’investigació de més de 300 persones, en més de 80 institucions de tot el món. L’equip de l’EHT està especialment satisfet per tindre per fi imatges de dos forats negres de grandàries molt diferents, la qual cosa ofereix l’oportunitat d’entendre com es comparen i contrasten. També han començat a utilitzar les noves dades per a provar teories i models sobre el comportament del gas al voltant dels forats negres supermassius. Aquest procés encara no es comprén del tot, però es creu que exerceix un paper clau en la formació i evolució de les galàxies.

“A poc a poc, anirem obtenint més i millors imatges (i fins a pel·lícules) dels forats negres supermassius més pròxims a la Terra”, conclou Martí-Vidal, “la qual cosa farà possible estudiar, de manera directa, com es comporta la naturalesa en aquestes extremes regions, tan pròximes a la frontera de l’espai i el temps”.

Altres valencians que formen part de la Col·laboració EHT, a més d’Iván Martí-Vidal i Alejandro Mus, són Juan Carlos Algaba (Universitat de Malaia), Rebecca Azulay i Eduardo Ros (tots dos a la Universitat de València i a l’Institut Max-Planck de Radioastronomia, Alemanya, quan es van realitzar les observacions).

Més informació:

Iván Martí-Vidal: “Cuando veo las imágenes que hemos obtenido de estos agujeros negros siento vértigo” The Conversation. 12 maig 2022.

Entrevista als meus companys Iván Martí-Vidal i Alejandro Mus per a les Notícies de la nit, d’Àpunt de divendres 13 de maig de 2022.
Científics de la Universitat de València participen en la presa de la impressionant imatge de Sagitari A. Notícies de la nit, d’Àpunt de divendres 13 de maig de 2022

Iván Martí Vidal
Institució Alfons el Magnànim-Centre Valencià d’Estudis i d’Investigació
ISBN: 978-84-7822-886-7
Any: 2021

Acostumats a viure en aquesta part de l’Univers on tot és tranquil i lent, on n’hi ha prou amb la Llei de Gravitació de Newton, és fascinant saber que existeixen altres parts del Cosmos on tot és violència i l’espaitemps es retorça de manera inimaginable. Aquests llocs, situats en les proximitats dels forats negres, posen a prova les nostres teories físiques. Ací Newton no és suficient i hem de recórrer a la Teoria de la Relativitat d’Einstein per a explicar els estranys comportaments de la matèria i l’energia.

Aquestes estrelles mortes, abans mers objectes teòrics, van entrar triomfalment en la realitat amb el descobriment del forat negre supermassiu de la nostra galàxia i en obtindre senyals de les seues col·lisions en els detectors LIGO i VIRGO. Gestes que es van premiar amb dos premis Nobel de Física.

Però aconseguir veure l’aspecte d’un forat negre és una altra cosa. Ens interessa poder distingir tots els detalls del monstre estel·lar, veure les seues diferents capes fins a arribar a l’horitzó d’esdeveniments, el seu disc d’acreció i, sobretot, poder explicar com es formen els seus energètics dolls relativistes. Un nivell de detall tan enorme només pot aconseguir-se amb la tècnica VLBI, és a dir, amb l’ús d’una xarxa mundial de radiotelescopis d’una sensibilitat extrema i a longituds d’ona mil·limètriques. Un somni difícil d’aconseguir.

Finalment la col·laboració internacional Event Horizon Telescope (EHT) va aconseguir obtindre la imatge icònica dels voltants del forat negre supermassiu de la galàxia M87. Una imatge que va meravellar al món el 10 d’abril de 2019.

Iván Martí Vidal, un dels més destacats membres de l’EHT, en Viatge al centre d’un forat negre, ens compta de primera mà els reptes científics i tecnològics que s’han hagut de superar i els esforços humans que s’han requerit per a aconseguir aquesta imatge. Un èxit que sense la contribució essencial d’Iván no haguera sigut possible.

El llibre comença recorrent els punts més rellevants de la Relativitat d’Einstein. S’explica la paradoxa dels bessons, els invariants relativistes i les propietats curioses de l’espaitemps. Més endavant s’introdueix el Principi d’Equivalència, pel qual un camp gravitatori és equivalent a una acceleració; es parla de la no existència de la simultaneïtat en l’univers. Tot això assaonat amb explicacions i exemples originals d’Iván que, com confessa, li han portat moltes hores de reflexió.

Els següents capítols es dediquen a descriure l’anatomia dels forats negres, com les seues propietats depenen de la seua massa i rotació, com es comporta la matèria en els seus voltants i com s’altera el temps en l’horitzó d’esdeveniments. És fascinant comprovar de quina manera gira la matèria al seu voltant formant un disc d’acreció, ionitzant-se i calfant-se, mentre va caient en espiral en les gargamelles del monstre còsmic, alhora que els raigs de llum són atrapats per sempre en el conjunt d’òrbites que formen la fotonoesfera. Però, d’alguna manera, una part d’aqueixa matèria és regurgitada a l’espai en forma de dolls relativistes.

En els últims capítols del llibre, Iván ens compta, de manera apassionada, com la xarxa mundial de radiotelescopis usada, amb ALMA com a peça fonamental, va aconseguir captar alguns dels pocs fotons que van aconseguir escapar de la fotonoesfera del forat central de M87 fa més de 50 milions d’anys. Així mateix, ens descriu el tipus d’algorismes que van ser necessaris per a poder traure la informació de les precioses dades rebudes i reconstruir el seu aspecte real.

Lluny de ser aquest el final de l’aventura, a EHT se li augura un futur brillant. A més de revelar-nos pròximament l’estructura del camp magnètic al voltant del forat negre central de M87, usant polarimetría de la qual Iván és un expert, s’estan analitzant actualment les dades que ens donaran imatges del forat central de la Via Làctia. A més, EHT buscarà també nous objectius i per tant continuarà donant-nos alegries en els pròxims anys.

L’any 2020 ha començat i serà bo saber que podem esperar en el món de la ciència i tecnologia en els camps de l’astronomia, la física i la biologia. I com cada any la revista Nature ens ho explica. Tractaré de fer-ne un resum.

Astronomia i exploració espacial

Des del punt de vista de l’exploració espacial, Mart, la Lluna i el Sol seran els objectius principals de les agències espacials.

Mart rebrà enguany una veritable invasió terrestre.  La NASA llençarà el mes de juliol el nou explorador Mars 2020, que recol·lectarà mostres per ser recollides en futures missions. A destacar que per primera vegada es desplegarà un petit helicòpter per explorar més terreny al voltant del rover. Si tot funciona bé serà el seu quart rover marcià, després del Spirit, l’Opportunity i el Curiosity, que és l’únic que encara funciona. Tot un rècord. El nou explorador, de moment, no té nom popular assignat.

Rússia juntament amb l’Agència Espacial Europea llançarà també a l’estiu la missió ExoMars2020 i desplegarà una estació fixa, Kazachok, i un explorador mòbil en la superfície marciana. El rover, anomenat Rosalind Franklin en honor a la descobridora de l’estructura del ADN, buscarà proves de vida passada o present en Mart. L’anterior missió ExoMars2016 acabà de manera regular, ja que aconseguí posar el satèl·lit ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) en òrbita però estavellà el Mòdul de descens Schiaparelli. Ara esperem que aquesta vegada el rover europeu-rus arribe a la superfície sa i estalvi. De moment sembla que tenen problemes amb el paracaigudes.

L‘oposició de Mart del 2020 també serà aprofitada per Xina per envair-hi el seu primer mòdul de descens, Huoxing-1, que desplegarà un petit explorador. Vol aprofitar l’experiència dels seus rovers lunars.

I finalment, els Emirats Àrabs Units enviaran un orbitador, en la que serà la primera missió a Mart d’un país àrab.

La Lluna continuarà, com no podia ser d’una altra manera, sent un objecte d’interés per a les agències espacials. Xina continuarà amb el seu programa d’exploració amb la missió Chang’e-5 que retornarà  mostres de roques a la Terra. Mentrestant la missió Hayabusa2 del Japó arribarà a la Terra portant les preuades mostres de l’asteroide Ryugu. Per la seua part OSIRIS-REx arrencarà trossets de l’asteroide Bennu.

El Sol serà també protagonista enguany ja que a la sonda Parker que ja l’orbita, s’hi sumarà la gran nau europea Solar Orbiter, que amb 11 instruments científics, estudiarà de ben prop la corona i cromosfera solars.  A principis de febrer, un enorme coet Atlas V 411 el llençarà cap a la nostra estrella des de Cap Canaveral. Ja en parlarem.

Els científics de la col·laboració Event Horizon Telescope, que feren possible obtenir la primera imatge del forat negre de la galàxia M87 l’abril passat, tenen previst enguany donar-nos nous resultats espectaculars, aquesta vegada del forat negre supermassiu de la nostra galàxia, anomenat Sagitari A*.

A més a més, a final d’any es preveu publicar la nova actualització del mapa  3D de la Via Làctia, a partir de les dades de la missió Gaia. Les anteriors actualitzacions ens donaren molta informació relacionades amb l’estructura, el origen i l’evolució de la Via Làctia.

I els consorcis LIGO i Virgo continuaran descobrint ones gravitatòries causades per col·lisions de forats negres, estels de neutrons i, fins i tot forats negres i estels.

Física

Pròximament s´ha de debatre la proposta del Centre Europeu de Recerca Nuclear (CERN) de la futura construcció d’un nou col·lisionador sis vegades més potent que l’actual Gran Col·lisionador d’Hadrons LHC. Si s’aprova el projecte costaria uns 21.000 milions d’euros i caldria construir un nou anell de 100 km de circumferència sota la ciutat de Ginebra.

Des del descobriment del bosó de Higgs el 2012 no s’ha descobert cap nova partícula al CERN, per la qual cosa es pensa que cal construir màquines molt més potent per estudiar la matèria a més altes energies. Tanmateix, no tothom pensa que és bona idea fer unes despeses tan elevades per un retorn científic desconegut. La solució final la sabrem enguany.

I potser s’aconseguisca el somni de tot físic, aconseguir material sense resistència a temperatura ambient. De moment només s’ha pogut passar corrent sense pèrdues a molt baixes temperatures o a altes pressions. Però després de l’èxit dels compostos coneguts com a “superhidrurs de lantà”, que el 2018 van batre tots els rècords de temperatura per a la superconductivitat, els investigadors esperen sintetitzar superhidrurs d’itri que podrien ser superconductors a temperatures de fins a 53 ° C.

Finalment el sector energètic podria assolir una altra fita durant els Jocs Olímpics de Tòquio al juliol, quan es preveu que Toyota revele el primer prototip d’un cotxe alimentat per bateries d’ió de liti d’estat sòlid. Aquestes substitueixen el líquid que separa els elèctrodes de la bateria per un material sòlid, augmentant la quantitat d’energia que es pot emmagatzemar.

Moltes altres descobertes s’esperen en aquest 2020 en el camp de la biologia, com el del llevat sintètic, amb ADN creat en laboratori, les proves d’una vacuna contra la malària o el creixement d’òrgans humans en altres animals. Ho podeu llegir a l’article original de Nature.

Figures:
1- En una sala neta del Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California, els enginyers observen els primers moviments del Mars 2020 el 17 de desembre, 2019.

Finalment ja tenim la imatge. Els científics de la col·laboració internacional Event Horizon Telescope (EHT) presentaren dimecres la que és la primera imatge d’un forat negre, concretament del que es troba situat al centre de la galàxia activa M87. La imatge mostra un anell brillant format a partir de les rajos de llum que surten del disc de matèria que envolta una zona fosca on s’hi troba el forat negre i que es dobleguen a causa de la intensa gravetat.

El dimecres 10 d’abril fou un dia de gran celebració en les diverses rodes de premsa celebrades simultàniament arreu del món per mostrar la gran fita científica d’aconseguir veure com és realment un d’aquests monstres estel·lars. Des de Washington, a la seu de la National Science Fundation, o des de Bruxel·les, des de la seu de la Comissió Europea i des de Madrid, a la seu del CSIC, entre altres indrets, els astrònoms que han col·laborat en el macro-projecte explicaven dimecres el seu treball.

D’aquest grup selecte d’investigadors dos són valencians: Iván Martí-Vidal, de l’Institut Geogràfic Nacional (IGN), que ha dissenyat els algorismes que van permetre combinar les dades de les antenes d’ALMA (l’element més sensible de l’EHT) amb la resta de radiotelescopis; és a més coordinador del grup de polarimetria (el principal objectiu del qual és estudiar el paper dels camps magnètics en les proximitats del forat negre) i Rebecca Azulay, investigadora postdoctoral que treballa actualment en el Departament d’Astronomia i Astrofísica i en l’Observatori Astronòmic de la Universitat de València.

Des de fa molts anys se sap que M87, situat a uns 53,5 milions de quilòmetres, és una galàxia activa. L’observació detallada de l’objecte mostra una gran variabilitat en ràdio, raigs X i raigs gamma i sobre tot presenta un doll de partícules accelerades d’almenys 5.000 anys llum de longitud que surt del seu centre i que apunta quasi directament cap a la Terra, amb una desviació molt menuda d’uns 17º.  Els models astrofísics actuals expliquen aquesta variabilitat per l’existència d’un forat negre supermassiu de milions de masses solars.  Donat que veiem pràcticament el centre de la galàxia de cara hauria de ser possible observar fàcilment que és el que està passant allí dins.

Però l’aspecte que té el forat negre central d’M87 no és fàcil de saber. La galàxia està molt lluny i l’objecte es tan “menut” com tot el nostre Sistema Solar. Necessitem, per tant, una resolució extraordinària per veure’n detalls. I la resolució d’un instrument depén de la longitud d’ona, en aquest cas ones de ràdio d’1,3 mm i és inversament proporcional a l’apertura, la grandària del radiotelescopi.  Quan més gran és el disc d’un radiotelescopi, més detalls podrem esbrinar. Tanmateix en aquest cas l’objecte és tan menut que un únic radiotelescopi no ens permet obtindre’n detalls. I, és per això que, per aconseguir la resolució necessària va caldre combinar els senyals obtinguts simultàniament de diversos radiotelescopis d’arreu del món per a fer-ne un virtual de la grandària de la Terra a través d’una tècnica anomenada interferometria de llarga base. D’aquesta manera s’aconseguí obtindre una resolució de 20 μas (20 milionèsimes de segon d’arc d’angle). Per fer-vos una idea clara del que significa seria com poder veure una pilota de tenis en la superfície de la Lluna.

Xarrada TED de Katie Bouman, una de de les desenvolupadores del software de l’EHT, on explica el procés que s’ha seguit per aconseguir la primera imatge d’un forat negre.

Durant uns dies d’abril de 2017, l’Event Horizon Telescope, la xarxa de huit radiotelescopis distribuïts al llarg del món que inclouen les antenes ALMA de Xile, l’antena IRAM del Pico Veleta, antenes a Hawaii, al Pol Sud, etc, observaren simultàniament dos objectes: Sagittarius A*, el forat negre supermassiu (4 milions de masses solars) situat al centre de la Via Làctia i la bèstia còsmica encara més massiva del centre d’M87, una galàxia activa situada a 53,5 milions d’anys llum. L’observació simultània va permetre reconstruir un telescopi de la grandària de la Terra. En aquesta observació i durant els següents  dos anys, 208 científics (enginyers, astrònoms, matemàtics, informàtics…) dels quals 23 són dones (un 11%) han recopilat les dades, les han coordinats, han fet algorismes per combinar les dades de cada telescopi, etc, per obtindre el que mai s’havia aconseguit abans: veure-li la cara a un forat negre. Fins ara en teníem proves indirectes de la seua existència però mai no havíem aconseguit veure’ls. I la imatge final s’assembla extraordinàriament al que preveien els models teòrics construïts a partir de la Relativitat General. Einstein tenia raó i les seus teories tornen a passar el test de l’experimentació.

L’entorn de la bèstia còsmica del centre d’M87, una galàxia activa situada a  53,5 milions d’anys llum, se’ns presenta com un anell brillant d’un 42 μas (42 milionèsimes de segon d’arc d’angle) format a partir de les rajos de llum que surten del disc de matèria que envolta una zona fosca on s’hi troba el forat negre i que es dobleguen a causa de la intensa gravetat. Un anell que gira en sentit horari quasi de cara a nosaltres amb una certa inclinació amb el resultat que la part inferior més enllumenada indica que és llum que ve cap a nosaltres mentre que la part superior més fosca s’allunya. Això és compatible amb la direcció del doll de material ejectat amb una inclinació de 17º respecte a l’observador (veieu imatge anterior del doll). Tanmateix l’inici del doll que es veu a gran distància no és visible en la imatge a conseqüència d’una resolució insuficient.

Al centre de l’anell s’observa una zona negra, que s’ha anomenat ombra del forat negre, que inclou l‘horitzó d’esdeveniments del forat negre central d’M87, la zona fronterera que l’envolta, a l’interior de la qual la gravetat és tan intensa que ni tan sols la llum té suficient velocitat per escapar-se’n. L’ombra és unes 2,5 vegades més gran que l’horitzó i, de moment, és el màxim que podem resoldre fins que no milloren les nostres tècniques.

El forat negre d’M87 és tan gran que el nostre sistema solar cabria perfectament dins del seu horitzó d’esdeveniments. Com que, a més a més, les observacions d’M87 han permés corregir a l’alça la massa del monstre còsmic que es troba molt endins de l’ombra i que ara s’estima que és uns 6500 milions de vegades més massiu que el Sol, podem imaginar-nos la compressió del material que permet encabir tants sols en un espai tan reduït.

Aquesta imatge tan buscada, aconseguida per la col·laboració internacional EHT, proporciona les proves més fortes fins a la data de l’existència de forats negres supermassius i obre una nova finestra a l’estudi dels forats negres, els seus horitzons d’esdeveniments i la seua gravetat.

La col·laboració internacional ha aconseguit una fita espectacular, que un company explicava gràficament ahir: Mira a un estel qualsevol del cel, en les millors condicions que pugues, i pensa que en el diàmetre aparent d’aquest puntet podries encabir una rere l’altra 10.000 còpies de la imatge del forat negre d’M87. Això han aconseguit.

I alguns dels que ho han aconseguit són amics i companys. Enhorabona.

I que ha passat amb el forat negre de la nostra galàxia? Com és que no ens han donat la imatge de l’objecte Sagitari A*?

Malgrat estar més prop resulta que és també molt variable i, a més a més, cal veure’l a través de la pols i gas del disc galàctic on es troba el Sistema Solar, amb la qual cosa resulta molt més problemàtic aconseguir una imatge neta semblant a la d’M87. Els científics ja estan treballant en algorismes que permeten reconstruir l’evolució temporal de la imatge, que podríem tenir en menys de cinc anys.

En el vídeo farem un viatge des de les antenes d’ALMA, mirant la nit estrellada, acostant-nos a la galàxia M87, observant les diverses imatges de la galàxia, del doll fins arribar a les proximitats del forat negre.

Finalment caldria destacar la repercussió mundial que ha tingut la conferència de premsa múltiple arreu del món. No només tots els diaris posaren la imatge de l’ombra del forat negre central d’M87 a la portada sinó que Google canvia el logo per remarcar la fita científica.

Per saber-ne més
Guía sencilla para entender la foto del agujero negro, Agencia SINC
Una astrònoma de la Universitat participa en la captura de la primera imatge d’un forat negre, UV.
First Images of a Black Hole from the Event Horizon Telescope. AAS Nova
La primera imagen de la sombra y el anillo asimétrico del agujero negro M87* gracias a EHT. La ciencia de la Mula Francis. Una explicació més física.

Entrevista a Iván Martí-Vidal en TVE 24 h. 11/4/2019

Imatges:

1. Imatge de l’ombra del forat negre d’M87. Col·laboració EHT.
2. El doll que emergeix del nucli galàctic d’M87 (NGC 4486). NASA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) – HubbleSite.
3.- Ubicació dels radiotelescopis de la col·laboració EHT.
4.- Alguns amics participants en EHT. Crèdit: Vicent Martínez.

En unes hores sabrem finalment quin aspecte té l’entorn d’un forat negre. En la roda de premsa simultània que es realizarà a diversos paísos del mon a partir de les 15 h de dimecres 10 d’abril, es presentaran les primeres imatges en ràdio del forat central de la Via Làctia i el de la galàxia activa M87 aconseguides amb l’Event Horizon Telescope.

L’Event Horizon Telescope, no és ben bé un únic telescopi, sinó una xarxa de huit radiotelescopis distribuïts al llarg del món que inclouen les antenes ALMA de Xile, l’antena IRAM del Pico Veleta, antenes a Hawaii, al Pol Sud, etc, que fa dos anys es coordinaren per observar simultàniament dos objectes: Sagittarius A*, el forat negre supermassiu (4 milions de masses solars) situat al centre de la Via Làctia i la bèstia còsmica encara més massiva del centre d’M87, una galàxia activa situada a  53,5 milions d’anys llum. L’observació simultània va permetre reconstruir un telescopi de la grandària de la Terra

Durant el mes d’abril del 2017, nombrosos investigadors utilitzaren aquesta xarxa de telescopis per captar els senyals ràdio que provenen de l‘horitzó d’esdeveniments dels forats negres centrals d’aquestes galàxies, la zona fronterera que els envolta, a l’interior de la qual la gravetat és tan intensa que ni tan sols la llum té suficient velocitat per escapar-se’n.  L’anàlisi de les dades ha estat complex i després de dos anys en unes hores es presentarà al públic.

Que fins ara no hagem tingut una imatge de com son els forats negres no significa que no tinguerem una idea de com haurien de ser. Les lleis de la Física i en especial les de la Relativitat General de la Relativitat, proposada per Albert Einstein el 1915, ja preveuen com hauria de semblar l’horitzó d’esdeveniments i tot l’entorn del forat negre.

Un forat negre és el resultat del col·lapse i concentració d’una quantitat ingent de material estel·lar que arriba a distorsionar l’espai-temps i produeix una singularitat, un punt en que la densitat és infinita. La gravetat és tan intensa que fins i tot la llum no és capaç d’escapar-se més enllà d’un radi o horitzó d’esdeveniments per la qual cosa els forats es veuen negres des de l’exterior. Aquesta frontera fa impossible treure informació de l’interior llevat de l’anomenada Radiació de Hawking.

Al seu voltant trobarem un disc de material calent que va caient en espiral cap al forat negre i en els forats molt energètic trobarem també uns dolls relativistes de gas calent expulsats perpendicularment al disc per l’intens camp magnètic. La llum que envolta el forat negre es pertorbat per l’intens camp gravitatori del forat negre i és distorsionada de manera que fins i tot la part del disc d’acreció de darrere del objecte, la més allunyada de l’observador és visible per la part superior

https://youtu.be/APriQsm_M5o

El vídeo de Hotaka Shiokawa mostra l’aparença que tindria el disc d’acreció d’un forat negre en una simulació de magnetohidrodinàmica general relativista (GRMHD) observat en ràdio. Els raigs de llum emesos des de la part interior del disc es produeixen abans de l’arribada al “telescopi” a causa de l’efecte gravitacional de la lent i produeixen les imatges distorsionades. El disc es veu des de 45º per sobre del pla equatorial del disc. El costat esquerre de la imatge és més brillant que el costat dret a causa de l’efecte radiant Doppler: la llum emesa per un objecte que es dirigeix cap a un observador és més brillant que la que s’allunya de l’observador. La part negra central és l'”ombra” del forat negre, que és el que l’Event Horizon Telescope intenta veure.

Segons la forma que presente la imatge de detall dels forats negres que s’ha obtingut amb les dades del Event Horizon Telescope (mireu imatge adjunta) es podran confirmar o rebutjar les diverses teories alternatives a la de la Gravitació d’Einstein o bé, com sempre ha passat fins ara, es reforçarà encara més la Relativitat General.

També podrem conéixer molts altres aspectes encara pot clars d’aquests monstres còsmics, com ara la possible existència de púlsars en òrbita al voltant dels forats negres o la forma en que aquests emeten els dolls. Caldrà esperar unes hores.