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.

La comunitat científica ja havia estudiat estreles orbitant al voltant d’una cosa invisible, compacta i molt massiva al centre de la nostra galàxia, la Via Làctia. Aquestes òrbites permetien postular que aquest objecte –conegut com a Sagitari A* (o simplement Sgr A*)– és un forat negre. La imatge publicada hui proporciona la primera evidència visual directa d’això.

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, és el que habita el centre de la galàxia M87, a poc més de 50 milions d’anys-llum. En aquesta ocasió, la imatge que publica l’EHT és la del cor de la nostra pròpia galàxia, un forat negre amb una massa de 4 milions de sols situat a només uns 27.000 anys-llum de la Terra.

“Un trosset d’aquesta imatge porta segell valencià”, afirma Ivan 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. 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 [1]. L’EHT va observar Sgr A* durant diverses nits, 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.

“Una cosa remarcable en aquests resultats és la gran coincidència entre la grandària de l’anell de llum i les prediccions de la teoria de la Relativitat General d’Einstein”, declara el científic del projecte Geoffrey Bower, de l’Institut d’Astronomia i Astrofísica de l’Acadèmia Sinica de Taipei. “Aquestes observacions sense precedents representen un gran pas avant en el nostre coneixement del que succeeix al centre mateix de la nostra galàxia, i ofereixen nova informació sobre com aquests forats negres gegants interactuen amb el seu entorn”. Els resultats de l’equip de l’EHT es publiquen hui en un número especial de la revista ‘The Astrophysical Journal Letters’. [enllaç]

Aquest assoliment va ser considerablement més difícil que el de M87* (el forat negre del què  l’EHT publicà la imatge en 2019), 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 al seu horitzó de successos molt més xicotet que el de M87* (tan sols uns pocs minuts-llum)”, afig Iván Martí-Vidal. “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”.

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.

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).

Notes

[1] Els telescopis individuals que van participar en l’EHT a l’abril de 2017, quan es van realitzar les observacions, van ser: l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), l’Atacama Pathfinder Experiment (APEX), el Telescopi IRAM de 30 metres, el James Clerk Maxwell Telescope (*JCMT), el Gran Telescopi Mil·limètric Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT) de la Universitat d’Arizona i el South Pole Telescope (SPT). Des de llavors, l’EHT ha afegit a la seua xarxa el Telescopi de Groenlàndia (GLT), el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) i el Telescopi de 12 metres de la Universitat dArizona a Kitt Peak.

ALMA és un projecte conjunt de l’Observatori Europeu Austral (ESO; Europa, en representació dels seus estats membres), la Fundació Nacional de Ciències dels EUA (NSF), i els Instituts Nacionals de Ciències Naturals (NINS) del Japó, juntament amb el Consell Nacional d’Investigació (el Canadà), el Ministeri de Ciència i Tecnologia (MOST; Taiwan), l’Institut d’Astronomia i Astrofísica de l’Acadèmia Sinica (ASIAA; Taiwan), i l’Institut d’Astronomia i Ciències Espacials de Corea (KASI; República de Corea), en cooperació amb la República de Xile. L’Observatori Conjunt ALMA és operat per ESO, l’Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) i l’Observatori Astronòmic Nacional del Japó (NAOJ). APEX és una col·laboració entre l’Institut Max Planck de Radioastronomia (Alemanya), l’Observatori Espacial d’Onsala (Suècia) i ESO, i és operat per ESO. IRAM opera el Telescopi de 30 metres (les organitzacions associades a l’IRAM són MPG (Alemanya), CNRS (França) i IGN (Espanya)). L’Observatori d’Àsia Oriental opera JCMT en nom del Centre de Mega Ciència Astronòmica de l’Acadèmia Xinesa de Ciències, NAOJ, ASIAA, KASI, l’Institut Nacional d’Investigació Astronòmica de Tailàndia i organitzacions del Regne Unit i el Canadà. L’INAOE (Mèxic) i la UMass operen el GTM. El Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i ASIAA operen el SMA. La Universitat d’Arizona opera el SMT. La Universitat de Chicago opera el SPT utilitzant instrumentació especialitzada per a l’EHT proporcionada per la Universitat d’Arizona.

ASIAA i l’Observatori Astrofísic Smithsonià (SAO) operen el Telescopi de Groenlàndia (GLT). El GLT és part del projecte ALMA-Taiwan, i és finançat parcialment per l’Acadèmia Sinica (AS) i MOST. L’IRAM opera NOEMA i la Universitat d’Arizona opera el telescopi de 12 metres en Kitt Peak.

Més informació

El consorci EHT està format per 13 instituts interessats; l’Institut d’Astronomia i Astrofísica de l'Acadèmia Sinica, la Universitat d'Arizona, el Centre d’Astrofísica d’Harvard i el Smithsonian, la Universitat de Chicago, l’Observatori d’Àsia Oriental, la Universitat Goethe de Frankfurt, l'Institut de Radioastronomia Mil·limètrica, el Gran Telescopi Mil·limètric Alfonso Serrano, l’Institut Max Planck de Radioastronomia, l’Observatori Haystack del MIT, l’Observatori Astronòmic Nacional del Japó, l’Institut Perimetral de Física Teòrica i la Universitat de Radboud.

Llegenda de la imatge principal

Primera imatge del forat negre del centre de la Via Làctia. Aquesta és la primera imatge de Sagitari A* (Sgr A*), l'objecte compacte supermassiu al centre de la nostra galàxia, i constitueix la primera prova visual directa de la presència d’un forat negre. Va ser captada per l’Event Horizon Telescope (EHT), una xarxa de huit ràdio observatoris distribuïts per tot el planeta per a formar un únic telescopi virtual de la grandària de la Terra. El telescopi pren el seu nom del “horitzó d'esdeveniments”, el límit del forat negre més enllà del qual no pot escapar la llum. Encara que no podem veure l’horitzó d’esdeveniments en si, perquè no pot emetre llum, l‘emissió del gas que orbita al voltant del forat negre té una clara signatura: una regió central fosca (anomenada "ombra") envoltada per una estructura brillant en forma d’anell. La nova imatge capta la llum corbada per la poderosa gravetat del forat negre, de quatre milions de vegades la massa del nostre Sol. La imatge del forat negre Sgr A* és una mitjana de les diferents imatges que la Col·laboració EHT ha extret de les seues observacions de 2017.

Crèdits: Col·laboració EHT

Llegenda de l’animació d’ALMA

Pel·lícula dels voltants del forat negre SgrA*, preses amb el telescopi ALMA, a escales de diversos anys-llum. Poden apreciar-se les “mini-espirals” que envolten el centre galàctic, formades principalment de gas i pols. Al centre, s’aprecia l'emissió del forat negre, que experimenta uns canvis de lluentor ràpids i intensos. Aquesta gran variabilitat de SgrA* és una de les raons per les quals ha sigut tan difícil obtindre la imatge de SgrA* amb l’EHT.

https://www.dropbox.com/s/jv6sfucrcqiosws/SGRA_MOVIE_7_SPA.m4v?dl=0

Crèdits: Iván Martí Vidal (Universitat de València)