-
Les equacions d’Einstein predeien l’existència dels forats negres i ara una imatge ho ha confirmat.
-
Una xarxa global de radiotelescopis, en la qual participa l’observatori espanyol IRAM des de Sierra Nevada, ha aconseguit fotografiar els límits d’un forat negre en el centre de Messier 87, una gegantesca galàxia massiva veïna.
CIÈNCIA. En una sèrie de conferències de premsa internacionals simultànies celebrades avui dimecres, 10 d’abril, per tot el planeta, investigadors del Telescopi Horitzó de Successos (EHT per les seves sigles en anglès) han mostrat la primera evidència visual directa d’un forat negre supermassiu i de la seva ombra.
La fita s’ha anunciat en una sèrie de sis articles científics publicats avui en una edició especial de la revista Astrophysical Journal Letters. La imatge mostra el forat negre en el centre de Messier 87 (M87), una galàxia massiva situada en el pròxim cúmul de galàxies Virgo. Aquest forat negre es troba a 55 milions d’anys llum de la Terra i és 6.500 milions de vegades més massiu que el Sol.
Per a aconseguir aquesta imatge s’han connectat els senyals de vuit radiotelescopis repartits per tot el planeta i s’ha aconseguit formar un telescopi virtual de la grandària de la Terra amb una sensibilitat i resolució sense precedents.
L’EHT és el resultat d’anys de col·laboració internacional i ofereix als científics una nova forma d’estudiar els objectes més extrems de l’univers predits per la relativitat general d’Einstein, un segle després de l’històric experiment que va confirmar aquesta teoria per primera vegada.
“Hem pres la primera imatge d’un forat negre”, ha dit el director de l’EHT, Sheperd S. Doeleman, del Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian (els Estats Units). “Es tracta d’una fita històrica en astronomia obtinguda per un equip de més de 200 investigadors”, ha afegit.
L’ombra del forat
“Quan es troba immers en una regió brillant, com un disc de gas incandescent, esperem que un forat negre generi una regió fosca similar a la d’una ombra, una cosa ja predita per la relativitat general d’Einstein que mai havíem vist fins ara”, ha explicat el director del consell científic de l’EHT, Heino Falcke, de la Universitat de Radboud (Països Baixos).
“Aquesta ombra, causada per la curvatura gravitacional i l’absorció de llum per l’horitzó de successos, revela molt sobre la naturalesa d’aquests fascinants objectes i ens ha permès mesurar la colossal massa del forat negre de la galàxia M87”, ha detallat.
Múltiples observacions independents de l’EHT han revelat una estructura en forma d’anell amb una regió fosca central: l’ombra del forat negre.
“Una vegada segurs que havíem captat l’ombra, vam poder comparar les nostres observacions amb una àmplia sèrie de simulacions per ordinador que inclouen la física de l’espai corb, la matèria sobreescalfada i els potents camps magnètics al voltant del forat negre. Moltes d’aquestes característiques de la imatge observada concorden sorprenentment bé amb les nostres prediccions teòriques”, destaca Paul T.P. Ho, membre del consell d’EHT i director de l’East Asian Observatory. “Això reafirma la nostra interpretació teòrica de les observacions, inclosa l’estimació de la massa del forat negre”.
De Hawaii a Granada
La creació de l’EHT ha suposat un repte formidable, que va requerir modernitzar i connectar una xarxa mundial de vuit telescopis ja existents situats en zones remotes a una gran altitud. Aquestes localitzacions inclouen volcans a Hawaii (els Estats Units) i Mèxic, muntanyes a Arizona (els Estats Units) i Sierra Nevada (Granada, Espanya), el desert xilè d’Atacama i l’Antàrtida.
Les observacions de l’EHT empren una tècnica denominada interferometria de molt llarga base (VLBI per les seves sigles en anglès), la qual sincronitza telescopis per tot el món i aprofita la rotació de la Terra per a formar un gegantesc telescopi virtual de la grandària del nostre planeta. Observant a una longitud d’ona d’1,3 mil·límetres i gràcies a la tècnica VLBI, l’EHT aconsegueix una resolució angular de sol 20 microsegons d’arc, suficient per a poder llegir un periòdic a Nova York des d’una cafeteria a París.
La posada en marxa de l’EHT i les observacions que s’han anunciat avui suposen la culminació de dècades de treball observacional, tècnic i teòric. Aquest exemple de treball en equip global ha requerit la col·laboració d’investigadors de tot el món. 13 institucions associades han treballat per a crear l’EHT, emprant infraestructures ja existents i finançament extra obtingut d’una gran varietat d’agències, entre les quals es troben la US National Science Foundation (NSF), l’European Research Council (ERC) i agències financeres d’Àsia.
Astrònoms espanyols
Diversos astrònoms espanyols han participat en aquesta fita científica. José Luis Gómez, investigador del Consell Superior de Recerques Científiques (CSIC) en l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA), ha desenvolupat un dels tres algorismes usats per a la reconstrucció de les imatges de l’ombra del forat negre en M87. A més, Gómez és un dels coordinadors de l’article científic, publicat avui, on es presenten i analitzen aquestes imatges.
Antxon Alberdi, director de l’Institut d’Astrofísica d’Andalusia (IAA), lidera recerques sobre la formació de dolls relativistes a partir de l’acreciment entorn de forats negres supermassius. Iván Martí-Vidal, de l’Institut Geogràfic Nacional (IGN), va dissenyar els algorismes que van permetre combinar les dades d’ÀNIMA (l’element més sensible de l’EHT) amb la resta de radiotelescopis; és a més coordinador del grup de polarimetria (el principal objectiu del qual és estudiar el paper dels camps magnètics en les proximitats del forat negre).
Miguel Sánchez-Portal (director de l’Institut de Radioastronomia Mil·limètrica –IRAM), Salvador Sánchez i Ignacio Ruiz (enginyers), Pablo Torné (investigador) i Rebecca Azulay (Universitat de València) han participat en l’organització, configuració de l’equipament tècnic i en la realització de les observacions des del radiotelescopi IRAM 30 metres en Sierra Nevada, Granada.
“El Telescopi Horitzó de Successos ha transformat la nostra visió dels forats negres d’un concepte matemàtic en una cosa real que pot ser estudiat a través de repetides observacions astronòmiques”, ha comentat Gómez.
“Hem aconseguit alguna cosa que semblava simplement impossible fa tan sols una generació”, ha conclòs Doeleman. “Els avanços tecnològics i la posada en marxa de nous radiotelescopis durant l’última dècada han permès al nostre equip crear aquest nou instrument, dissenyat per a veure l’invisible”.
El Comissari europeu Carlos Moedas, responsable de Recerca, Ciència i Innovació, ha afirmat des de Brussel·les: “La ficció sovint inspira a la ciència, i els forats negres han alimentat durant molt de temps els nostres somnis i la nostra curiositat. Aquest sorprenent descobriment demostra una vegada més com el treball conjunt amb socis de tot el món pot portar a aconseguir l’impensable i a ampliar els horitzons del nostre coneixement”.
Què és un forat negre i com es veu?
Els forats negres són objectes fascinants predits per la relativitat general d’Einstein, encara que en realitat el famós físic no creia molt en ells.
Són regions de l’espai-temps amb una massa i un camp gravitatori tan colossals que res, cap partícula, ni tan sols la llum, pot escapar del seu interior. Per tant, no es poden veure directament; encara que a causa de la immensa atracció gravitatòria que exerceixen sobre el seu entorn, els científics dedueixen la seva existència de forma indirecta.
Però hi ha una altra forma d’observar un forat negre. El límit més enllà del qual la llum i tota la matèria queda atrapada per aquest fosc objecte es diu horitzó de successos, un punt de no retorn. En el precís moment en què les partícules creuen aquest límit, s’emet una descàrrega final de llum.
Aquesta emissió es pot observar en el rang de longitud d’ona mil·limètrica. Per tant, és possible traçar l’horitzó d’un forat negre i detectar-lo de forma directa. Aquest és precisament l’objectiu del projecte EHT.
Un equip de vuit gegants coordinats
El consorci internacional Telescopi Horitzó de Successos (EHT per les seves sigles en anglès: Event Horizon Telescope) és una xarxa global de radiotelescopis i estacionsd’ interferometria de muy larga base (VLBI , very long baseline interferometry) repartida per diversos continents.
El seu objectiu és observar l’entorn immediat de forats negres supermasivos. En concret dos: Sagitari A*, localitzat en el centre de la Via Làctia a uns 25.000 anys llum de la Terra i amb uns 4 milions de masses solars; i un altre encara més gran (amb diversos milers de milions de masses solars) en la veïna i gegantesca galàxia Messier 87.
Aquestes són les institucions que integraven en 2017 l’EHT:
- Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) – Chile
- The Submillimeter Array (SMA) – Hawái (EE UU)
- South Pole Telescope (SPT) – Antártida
- Submillimeter-wave Astronomy (SMT/ARO) – Arizona (EE UU)
- IRAM Pico Veleta (30-meter telescope) – España
- James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) – Hawái (EE UU)
- The Large Millimeter Telescope (LMT) – México
- Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) – Chile
Està previst que altres tres observatoris estiguin operatius dins de la xarxa en 2020 (IRAM NOEMA Observatory a França –on ja funcionen algunes de les seves antenes–,Greenland Telescope a Groenlàndia iKitt Peak National Observatory (KPNO) a Arizona, els EUA).
En cada estació digitalitzen i emmagatzemen la informació en discos durs, que després es manen per avió a l’observatori Haystack del MIT a Massachusetts (els EUA) i a l’Institut Max Planck de Radioastronomia a Bonn (Alemanya), on s’ajunten i sincronitzen les dades amb supercomputadors per a generar la imatge final del forat negre.
Font: ESO/CSIC
