La primera película de la sombra del agujero negro M87* gracias a EHT

Por Francisco R. Villatoro, el 28 septiembre, 2020. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 5

Las observaciones del prototipo de EHT (Event Horizon Telescope) entre 2009 y 2013 se pueden reanalizar usando como base la imagen de la sombra del agujero negro supermasivo M87* obtenida con datos de EHT en 2017. Sabiendo qué es lo que se está viendo se puede comparar con lo que deberían estar viendo. El resultado es la primera película de la sombra de un agujero negro, publicada en Astrophysical Journal. Se observa cómo la mancha brillante en el suroeste de la imagen ha ido rotando conforme pasaban los años. Más aún, los resultados están de acuerdo con lo esperado según las simulaciones magnetohidrodinámicas con relatividad general (GRMHD).

Por muy espectacular que sea la película (un fichero gif con 6 fotogramas), por desgracia, no nos aporta información física relevante. A pesar de lo que pueda parecer, no permite estimar el espín (momento angular) del agujero negro supermasivo; de hecho, ha habido que asumir dicho valor (a* = J c /(G M²) = 0.5) para realizar la reconstrucción. Ya se ha repetido muchas veces, pero conviene recordarlo, la imagen de EHT de Sagitario A* será una película; la sombra del agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea rota en una escala de horas (en lugar de años para M87*) así que no se puede obtener una única imagen estática que represente todos los datos recabados en 2017.

El artículo es Maciek Wielgus, Kazunori Akiyama, …, Ziyan Zhu, «Monitoring the Morphology of M87* in 2009–2017 with the Event Horizon Telescope,» The Astrophysical Journal 901: 67 (23 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abac0d, arXiv:2009.11842 [astro-ph.HE] (24 Sep 2020); más información divulgativa en Davide Castelvecchi, «The first-ever image of a black hole is now a movie,» Nature (23 Sep 2020), doi: 10.1038/d41586-020-02717-3. Por cierto, te recomiendo releer «La primera imagen de la sombra y el anillo asimétrico del agujero negro M87* gracias a EHT», LCMF, 10 abr 2019, y también «¿Qué esperamos de la primera imagen del Event Horizon Telescope de un agujero negro supermasivo?», LCMF, 10 abr 2019.

Fuente: Event Horizon Telescope Collaboration. GIF animado de Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-020-02717-3

La imagen publicada en 2019 se ha usado como patrón o modelo para desvelar la información contenida en las observaciones entre 2009 y 2013. Aunque dicha información es insuficiente para reconstruir una imagen, oculta ciertas correlaciones asociadas a la posición del brillo en la sombra que se pueden ajustar a las predicciones del modelo. Obviamente, el resultado es una conjetura que depende del espín que se asuma que tiene el agujero negro supermasivo. Eligiendo un valor razonable (a* = 0.5) se obtiene una película atractiva para los legos; que además es la antesala perfecta para la futura película de Sgr A* (que será mucho menos atractiva, pues no se observará un anillo completo, solo un sector en movimiento).

Fuente: ApJ (2020), doi: 10.3847/1538-4357/abac0d

No quiero que interpreten mis palabras como que la nueva película de M87* tiene poco valor científico. Todo lo contrario, el análisis realizado me parece muy relevante, pero depende demasiado del sesgo que introducen las simulaciones GRMHD usadas. Ahora bien, como la imagen publicada en 2019 era muy borrosa (el «punto gordo» usado tiene un diámetro de 20 μas), no se nota demasiado que las nuevas imágenes lo son mucho más. Además, como una imagen vale más que mil palabras, la película permite entender muy bien el efecto Doppler en la sombra del agujero negro.

Fuente: ApJ (2020), doi: 10.3847/1538-4357/abac0d

Esta tabla y esta figura resumen las observaciones realizadas cada año; los radiotelescopios usados y los días de toma de datos. Extraer información de estos datos sin abusar de los sesgos asociados a las simulaciones GRMHD es muy difícil; sobre todo porque, a priori, se ignora la forma que tendrá la sombra del agujero negro; por supuesto, a posteriori, cuando se sabe que la sombra será un anillo con un sector brillante, se puede extraer algo de información al respecto.

Fuente: ApJ (2020), doi: 10.3847/1538-4357/abac0d

En esta figura, arriba, se observa cómo los datos del año 2013 se pueden ajustar por una distribución gaussiana (curva en rojo) y por un anillo (curva en azul); como ahora sabemos que se debería observar un anillo, podemos interpretar dichos datos como indicativos de la posición angular del brillo en dicho anillo. En esta figura, abajo, se muestra el ajuste a una distribución gaussiana de los datos de 2009, 2011, 2012 y 2013; la versión final en forma de anillo es la película que tienes más arriba.

En resumen, EHT no ha podido tomar datos en 2020 debido a la crisis sanitaria actual, pero se espera podar tomar datos en 2021. Conforme se vayan acumulando datos, sobre todo a diferencias frecuencias, se irá mejorando la resolución de la imagen de M87* y recabando información física de interés. Habrá que seguir al tanto de los progresos futuros.



5 Comentarios

  1. Maestro Villatoro, disculpe mi simpleza, pero esto para mi es algo inimaginable… desde que me intereso la ciencia, hace 50 años, he crecido con informacion subjetiva, ecuaciones matematicas inentendibles, por lo que estas imagenes me dejan perplejo y me invitan a continuar soñando en lo que puede darme el tiempo de vida para seguir asombrandome. Gracias por documentar y hacer acequible una informacion que no esta al alcance de mis conocimientos.

    1. Yakko, no me consta, así que supongo que no; recuerda que Holmberg 15A está ~13 veces más lejos que M87 y su agujero negro supermasivo es ~6 veces más masivo, así que la imagen de su sombra es más o menos la mitad en tamaño ~20 μas siendo imposible de observar su anillo con EHT (en su versión actual).

  2. Simplemente hermoso….todo lo relacionado con lo cuántico ,las partículas elementales vinculado al universo me atrae…lo voy entendiendo muy despacio con los videos de extensión del IFT(Instituto física teórica de España)…soy de Argentina

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