Hablemos sobre El Telescopio del Horizonte de Sucesos y Pōwehi

amart29 (68)in #steemstem • 5 years ago (edited)

^Fuente

El día miércoles 10 de abril de este año, se marcó un hito en la historia de la astronomía, un evento que en algún momento llegó a pensarse que sería imposible de conseguir. Gracias a un arreglo de radiotelescopios, denominado Event Horizon Telescope, o en español, Telescopio del Horizonte de Sucesos, se ha logrado construir la primera imagen de un agujero negro en la historia de la astronomía.

¿Qué es el Telescopio del Horizonte de Sucesos?

El Telescopio del Horizonte de Sucesos o inglés Event Horizon Telescope (ETH), es en realidad un arreglo de ocho radiotelescopios, situados en un área que abarca parte de los océanos Atlántico y Pacífico, América, Europa y la Antártida; para conformar, entre todos, el equivalente a un radiotelescopio de un diámetro similar al de la Tierra, esta red fue planeada con el propósito de conseguir observar el horizonte de sucesos y disco de acreción de agujeros negros super masivos.

Desde sus inicios sus observaciones se centraron en dos objetivos claramente definidos, Sagitario A, el agujero negro supermasivo situado en el núcleo de la Vía Láctea y el situado en la galaxia Virgo A o M87, ubicada a 53 millones de años luz, en la constelación de Virgo.

^{Sagitario A, en imagenes del Telescopio Chandra Fuente}

Sagitario A fue seleccionado como objetivo primario, dado el obvio hecho de ser el más próximo a nosotros, por su parte Virgo A y su agujero negro super masivo, fueron seleccionados por tratarse de una radio galaxia, cuyo agujero negro supermasivo central está activo y es una notable fuente de radio en longitudes de onda¹milimétricas y submilimétricas.

El pasado 10 de abril de 2019, se realizó el aviso oficial de que el Telescopio del Horizonte de Sucesos, había logrado obtener la primera Imagen de un agujero negro super masivo, en este caso el de la Galaxia Virgo A o M87, el cual fue denominado Pōwehi, nombre dado por el especialista en lengua hawaiana Larry Kimura y un grupo de astrónomos, vocablo que significa “fuente oscura embellecida de creación interminable”. Consiguiendo de esta forma la primera evidencia directa de la existencia de los agujeros negros y la confirmación de los modelos matemáticos y de simulación, usados en la cosmología, así como de la teoría de la relatividad general; consolidándose ésta, junto al modelo estándar de la física cuántica, como las dos teorías que fundamentan la física moderna.

Como se mencionó con anterioridad, el Telescopio del Horizonte de Sucesos, es un arreglo de radiotelescopios dispersos en varias partes de globo, esto bajo la estructura de un radiointerferómetro, equivalente a una antena de aproximadamente 12.000 kilómetros de diámetro, especializada en explorar la longitud de onda de los 1,3 milímetros, longitud en la que se pueden percibir, con una considerable intensidad, las emisiones de radio procedentes de la materia en acreción alrededor de los agujeros negros.

^{Galaxia Elíptica M87 o Virgo A Fuente}

Un telescopio de tal tamaño, es necesario con el propósito de atenuar el efecto de absorción que el vapor de agua de la atmósfera, tiene sobre las ondas de radio y lograr la resolución suficiente como para distinguir el horizonte de sucesos de un agujero negro, aun uno supermasivo como Pōwehi en Virgo A. En la actualidad, este arreglo está conformado por nueve (9) radiotelescopios o arreglos de estos. Los radiotelescopios que conforman al Telescopio del Horizonte de Sucesos son:

SMT Fuente

Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy (ARO/SMT): Se trata de dos radiotelescopio el SMT de 10 metros de diámetro situado en Mount Graham, Arizona, a 3.185 metros sobre el nivel del mar y el Telescopio ARO de 12 metros de tipo ALMA² situado Kitt Peak a 1.914 metros del nivel del mar, también en Arizona, diseñados para trabajar en longitudes de onda en el rango de los 4,6 a los 0,3 milímetros. Para el momento de las observaciones sólo el SMT formaba parte del Telescopio del Horizonte de Sucesos.

APEX Fuente

Atacama Pathfinder EXperiment (APEX): Ubicado en el Llano de Chajnantor, a 5.105 metros sobre el nivel del mar, en Atacama al norte de Chile. Es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía, El Observatorios Espacial Omsala y EL Observatorio Europeo Austral, opera un radiotelescopio tipo ALMA modificado de 12 metros de diámetro.

IRAM Fuente

Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30m: El telescopio de 30 metros del IRAM, se encuentra ubicado a 2.850 metros sobre el nivel del mar, en el Pico Veleta en la Sierra Nevada Española. Se trata de una antena parabólica simple de 30 metros de diámetro que permite operar en el rango de las ondas de 3 a 0,9 millimetros.

JCMT Fuente

James Clerk Maxwell Telescope (JCMT): es un radiotelescopio de 15 metros de diámetro construido para operar en longitudes de ondas submilimétricas, esta situado a 4.092 metros sobre le nivel del mar cerca de la cumbre del volcán Maunakea en la Isla de Hawái, EUA.

LMT Fuente

The Large Millimeter Telescope (LMT): El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, es un proyecto binacional entre Mexico y EUA, ubicado a 4.600 metros sobre el nivel del mar en la cumbre del volcán Sierra Negra, en el parque nacional Pico Orizaba, en el estado de Puebla, en México. Es un radiotelescopio con un plato móvil de 50 metros de diámetro, el más grande del mundo en su tipo, diseñado para operar en el rango de longitudes de onda de los 0,8 a 4 milímetros

SMA Fuente

The Submillimeter Array (SMA): se trata de un arreglo de ocho antenas parabólicas de 6 metros de diámetro, situadas a 4.070 metros sobre el nivel del mar en la cima del volcán Maunakea en la Isla de Hawái, EUA. El arreglo equivale a un plato de un máximo de 509 metros y está diseñado para explorar el rango de longitud de onda de los 0,3 a los 1,7 milímetros.

ALMA Fuente

Atacama Large Millimiter Array (ALMA): se trata de un arreglo de 66 antenas del tipo ALMA que van de los 6 a los 12 metros de diámetro, diseñados para estudiar las longitudes de onda en el rango de los 9,6 a 0,3 milímetros , situados en el Llano de Chajnantor a 5.059 metros sobre el nivel del mar, en el desierto de Atacama en Chile.

SPT Fuente

South Pole Telescope (SPT): telescopio situado a 2.800 metros sobre el nivel del mar en la Antártida, en la proximidad del polo sur geográfico, se trata de una antena de 10 metros de diámetro, diseñada para explorar longitudes de ondas en el rango de los 9 a los 0,3 milímetros.

193px-Radiotélescopes_du_Plateau_de_Bure.JPG

NOEMA Fuente

Northern Extended Millimeter Array (NOEMA): Situado en el Plateau de Bure en los Alpes Franceses a una altitud de 2.550 metros sobre el nivel del mar, está formado por diez antenas móviles de 15 metros de diámetro que permiten explorar el rango milimétrico de longitudes de onda, este telescopio no estaría operando como parte del EHT para el momento en que se tomaron los datos que permitieron construir la imagen del agujero negro de M87.

¿Qué es un radio telescopio y cómo funcionan?

Fundamentalmente un radiotelescopio es una antena diseñada para captar las ondas de radio que son emitidas por los cuerpos celestes, generalmente se trata de un plato parabólico. A diferencia de los telescopios ópticos que captan la luz visible, cuya longitud de onda está en el rango de los 400 a 700 nanómetros, los radiotelescopios captan señales de radio que están en el rango de las fracciones de milímetros y los cientos de metros, estas señales pueden recorrer mayores distancias que la luz visible, pues el corrimiento al rojo de ésta, termina por transformarla en ondas de radio y en otros casos son el único tipo de señal electromagnética emitida por algunos cuerpos.

^Fuente

A diferencia de los telescopios ópticos, los radiotelescopios no permiten captar la imagen de un objeto, pues no perciben la luz visible, en consecuencia, no pueden, por si solos, generar una imagen del objeto, cuyas ondas de radio perciben, para ello requieren de software que permita interpretar las señales de radio recibidas para modelar las imágenes del objeto.

Una de las principales ventajas de estos dispositivos es la de captar objetos que otro modo serían imperceptibles, como aquellos que se encuentran más allá del espacio observable mediante los telescopios ópticos, los cuales están tan distantes que la luz que emiten tiene un corrimiento tal en el espectro que no están en el rango de la luz visible y sólo son perceptibles en el rango de las ondas de radio, de esta forma los radiotelescopios expanden el volumen del espacio que puede ser percibido o universo observable.

Por otro lado, objetos como pulsares o magnetares, no emiten luz visible y sólo pueden ser detectados gracias a los haces de radio que emiten por sus polos. Caso similar ocurre con las radio galaxias o cuásares, cuya emisión en las longitudes de onda de radio, permiten detectar la actividad del agujero negro supermasivo de su núcleo.

^{Very Large Array, New Mexico, EUA Fuente}

Otra de las ventajas de los radiotelescopios, es la posibilidad de construir arreglos de varios de ellos que, al ser orientados a la misma fuente, permiten por la interferencia de todas las señales recibidas obtener una mayor resolución y así tener, mediante el uso de varias antenas pequeñas, la resolución de señal equivalente a una mucho más grande. Está técnica es denominada radiointerferometría y es la base de varios de los más avanzados radiotelescopios de la actualidad como el VLA (Veri Large Array) situado en Nuevo México, EUA, formado por 27 antenas de 25 metros de diámetro permitiendo la resolución equivalente a la de un plato de 36 km, o el ASTE (Atacama Submillimeter Telescope Experiment), situado en el desierto de Atacama, Chile, con 66 antenas de entre 6 y 12 metros y una resolución equivalente a uno de 16 km..

¿Qué fue lo que “fotografió” el Telescopio del Horizonte de Sucesos?

Los objetos de estudio del EHT son Sagitario A en nuestra galaxia y Virgo A o M87, una radio galaxia ubicada en la constelación de Virgo a 53 millones de años luz, específicamente el agujero negro situado en su núcleo, y este último fue el objeto cuya imagen fue presentada el pasado 10 de abril de 2019.

M87 es una galaxia elíptica gigante, situada en el supercúmulo de Virgo, es activa especialmente en la longitud de onda radio lo que la convierte en una radio galaxia, tiene un diámetro de 120.000 años luz y tiene como rasgo característico un chorro de partículas de 4900 años luz que se proyecta desde su núcleo.

^{Vista del chorro de materia expulsado por la M87 Fuente}

Pōwehi situado en el núcleo de M87 es un agujero negro supermasivo con un diámetro aproximado de 40.000 millones de kilómetros, el equivalente a 30.000 diámetros solares y una masa de 6.500 millones de masas solares, lo que lo hace uno de los agujeros negros super masivos más grandes conocidos. Este agujero negro se encuentra activo, siendo esto la causa de los chorros de materia expulsados por la galaxia y de su intensa emisión de ondas de radio, esta combinación de características y su proximidad a nosotros fue lo que la hizo un objetivo de estudio del EHT.

La imagen fue obtenida a través de la interpretación, mediante software computacional, de los, alrededor de, 5 petabytes de datos obtenidos por los ocho telescopios que conformaban el EHT para el momento, en 2017, cuando fueron recolectado, debieron ser transportados usando el equivalente a media tonelada de discos duros, para ser procesados por supercomputadores basados en Boston, EUA y Bonn, Alemania.

^{Imagen de Pōwehi generada a partir de datos del EHT Fuente}

En el centro de la imagen se puede observar el horizonte de sucesos del agujero negro, y a su alrededor el disco de acreción de la materia que está siendo acelerada a velocidades relativistas, antes de cruzar el horizonte de sucesos y desaparecer para siempre.

¿Cuál es la importancia de este evento?

Desde que su existencia fue predicha por las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, los agujeros negros han sido uno de los principales objetos de estudio de la cosmología moderna, una de las principales razones de esto es la similitud de su singularidad con la que dio origen al universo.

Desde el principio se creyó que, tal vez, su existencia nunca podría ser confirmada, sin embargo, en 1964, el descubrimiento de Cignus-X1, una intensa fuente de rayos X, situada en la constelación de Cignus y que fue atribuida a un agujero negro que orbita una estrella supergigante azul, serviría como la primera evidencia de su existencia.

Posteriormente gracias al estudio de los movimientos de las estrellas próximas al centro de nuestra galaxia, se determinó la existencia de un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, Sagitario A.

Sin embargo, hasta el momento, sólo se tenían evidencias indirectas de la existencia de estos objetos estelares, así que esta es la primera evidencia directa de su existencia, lo que sirve una vez más como prueba de la relatividad general de Einstein, como un cuerpo teórico válido para estudiar los fenómenos cosmológicos, afianzándola, junto a la física cuántica, como los dos principales cuerpos teóricos de la física moderna.

De momento el EHT, está incorporando nuevos telescopios para ampliar su resolución, con el propósito de obtener imágenes de Sagitario A, el cual aun cuando está mucho más próximo que Virgo A, resulta más difícil de analizar, pues, a diferencia del segundo, no es un agujero negro activo, el disco de materia en acreción a su alrededor es muy leve y tiene una menor temperatura, por lo que la emisión de ondas de radio es mucho menor, a la vez que su diámetro también es mucho menor, apenas 0,3 UA, y existe una considerable cantidad de materia interestelar que interviene atenuando la intensidad de la señal de radio.

Con esto concluye esta publicación, espero que haya sido de su agrado, estoy atento a sus comentario y preguntas. Gracias por su intención.

Notas

Longitud de onda: se refiere a la distancia existente entre los picos de dos perturbaciones de una oscilación u onda, en el caso de la luz visible la longitud de onda esta en el rango de 400 a los 700 nanómetros, mientras que las ondas de radio tienen longitudes de onda que van de los 100 micrómetros a los 100 kilómetros
Antena tipo ALMA: Se refiere al modelo de antena de radiotelescopio que fue desarrollado para el Atacama Large Millimeter Array, este tipo de antenas fue construido bajo pedido por las empresas General Dynamics C4 Systems y Thales Alenia Space, además de ser usado en el observatorio ALMA, también ha sido empleado en otras instalaciones alrededor del mundo como el Observatorio de Kitt Peak en Arizona.