Desvelat com és el forat negre de la Via Làctia
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