Científicos del Instituto de Tecnología de California (Caltech) han logrado reconstruir en tres dimensiones cómo se producen explosiones en el disco de gas que rodea al agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Este hito supone la primera vez que se consigue una recreación tridimensional del movimiento del gas en las proximidades de un agujero negro. El equipo, liderado por la profesora Katie Bouman, utilizó redes neuronales y datos del radiotelescopio ALMA en Chile para generar un modelo 3D de una erupción ocurrida el 11 de abril de 2017. La estructura reconstruida muestra dos regiones brillantes y compactas orbitando el agujero negro, conocido como Sagitario A*, a una distancia de unos 75 millones de kilómetros, aproximadamente la mitad de la distancia entre la Tierra y el Sol.
"Esta es la primera reconstrucción tridimensional de gas que gira cerca de un agujero negro", dice en un comunicado Bouman. Aviad Levis, investigador postdoctoral del grupo de este grupo y autor principal del nuevo artículo, enfatiza que si bien el video no es una simulación, tampoco es una grabación directa de los eventos tal como tuvieron lugar. "Es una reconstrucción basada en nuestros modelos de física de agujeros negros. Todavía hay mucha incertidumbre asociada a esto porque se relaciona con la precisión de estos modelos", dice.
Nuevas herramientas de imagen computacional
Para lograr esta reconstrucción 3D, el equipo tuvo que desarrollar novedosas técnicas de procesamiento de imagen que tuvieran en cuenta fenómenos como la curvatura de la luz provocada por la distorsión del espacio-tiempo en las cercanías de objetos de enorme gravedad como los agujeros negros.
Los datos clave fueron proporcionados por ALMA, que registró una señal con un período coincidente con el tiempo que tardaría un punto brillante en completar una órbita alrededor de Sagitario A*. Además, ALMA captura múltiples "vídeos" de un solo píxel para cada observación, correspondientes a diferentes estados de polarización de la luz.
Combinando estos datos de luz polarizada con modelos físicos de la emisión esperada en puntos calientes orbitando un agujero negro, el equipo pudo recuperar una posible estructura 3D de la llamarada utilizando redes neuronales. Progresando computacionalmente esta estructura inicial a lo largo del tiempo, generaron una curva de luz completa que coincidía con las observaciones de ALMA.
Sagitario A*: El agujero negro supermasivo de la Vía Láctea
Sagitario A* (pronunciado "Sagitario A estrella") es el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Con una masa estimada de unos 4 millones de veces la del Sol, Sgr A* ejerce una enorme influencia gravitatoria en su entorno.
A pesar de su gran masa, Sagitario A* es sorprendentemente pequeño en tamaño, con un diámetro de sólo unos 60 millones de kilómetros. Esto se debe a la extrema densidad de los agujeros negros, en los que una cantidad ingente de materia se comprime en un espacio muy reducido.
Sagitario A* está rodeado por un disco de gas y polvo que gira a su alrededor a velocidades cercanas a la de la luz. Ocasionalmente, parte de este material cae hacia el agujero negro, liberando enormes cantidades de energía en forma de erupciones y llamaradas.
¿Por qué es importante estudiar las erupciones cerca de agujeros negros?
Comprender la dinámica del gas en las proximidades de agujeros negros supermasivos como Sagitario A* es fundamental por varias razones:
- Nos proporciona información sobre los procesos físicos extremos que tienen lugar en estos entornos de gravedad y energía extremas.
- Arroja luz sobre cómo los agujeros negros interactúan con su entorno y influyen en la evolución de las galaxias que los albergan.
- Permite poner a prueba las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein en las condiciones más exigentes.
Estudios como éste, que combinan observaciones de vanguardia con modelos teóricos avanzados, nos acercan cada vez más a desvelar los misterios de estos objetos cósmicos tan fascinantes como enigmáticos.
¿Qué es un agujero negro supermasivo?
Un agujero negro supermasivo es un tipo de agujero negro con una masa millones o incluso miles de millones de veces mayor que la del Sol. Se cree que casi todas las galaxias, incluida la nuestra, albergan uno de estos gigantes en su centro.
¿Cómo se forman las erupciones de gas cerca de los agujeros negros?
Las erupciones se producen cuando parte del gas del disco de acreción que rodea al agujero negro cae hacia él. A medida que el gas se acelera y se calienta a temperaturas extremas, libera enormes cantidades de energía en forma de radiación y chorros de partículas.
¿Qué nos enseñan estas erupciones sobre los agujeros negros?
Estudiar las erupciones nos permite comprender mejor la física de los discos de acreción y cómo los agujeros negros interactúan con su entorno. También nos brinda la oportunidad de poner a prueba teorías como la relatividad general en las condiciones más extremas.