Un equipo de astrónomos y astrónomas detectó el segundo ejemplo que se conoce de un activo y reiterado Destello Rápido de Radio (FRB, por su sigla en inglés) junto con una fuente compacta de emisiones de radio débiles, pero persistentes, entre los destellos. El hallazgo plantea nuevas interrogantes sobre la naturaleza de estos misteriosos objetos y su utilidad para estudiar el espacio intergaláctico. Para observar el objeto, descubierto en 2019, el equipo científico usó el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), entre otros telescopios.
El objeto en cuestión, conocido como FRB 190520, fue descubierto por el telescopio FAST, un telescopio esférico de 500 metros de diámetro ubicado en China. El 20 de mayo de 2019 se produjo un destello que se descubrió en los datos del telescopio en noviembre de ese año. Las observaciones realizadas posteriormente con el telescopio FAST revelaron que, a diferencia de muchas otras FRB, este objeto emite destellos reiterados de ondas de radio.
Las observaciones realizadas con el VLA en 2020 permitieron determinar la ubicación de la fuente y, posteriormente, observarla en frecuencias de luz visible con el telescopio Subaru, en Hawái. De esa forma, se descubrió que las ráfagas provienen de la zona periférica de una galaxia enana situada a casi 3.000 millones de años luz de la Tierra. Asimismo, las observaciones del VLA revelaron que el objeto emite unas tenues ondas de radio de forma reiterada entre los destellos.
“Estas características se asemejan mucho a las del primer destello, cuya ubicación se logró determinar en 2016 (también gracias al VLA)”, señala Casey Law, de Caltech. En ese entonces, el hallazgo fue pionero en proporcionar información sobre el entorno y la distancia de una fuente de FRB. Sin embargo, la combinación de destellos reiterados y emisiones de radio intercaladas provenientes de una zona compacta distinguía el objeto de 2016 (llamado FRB 121102) de los demás fenómenos de tipo FRB conocidos hasta la fecha.
“Ahora conocemos dos objetos de este tipo, y eso plantea preguntas importantes”, afirma Casey Law, quien forma parte de un equipo internacional que publicó sus hallazgos en la revista Nature.
Las diferencias entre FRB 190520 y FRB 121102 y las demás fuentes de FRB avalan una teoría planteada anteriormente, según la cual podría haber dos tipos distintos de FRB.
“¿Las que se repiten son diferentes de las demás? ¿Y cómo explicar la persistente emisión de radio? ¿Es un fenómeno común?”, interroga Kshitij Aggarwal, estudiante de posgrado de la Universidad de West Virginia (WVU).
Según el equipo de investigadores, las FRB podrían ser el resultado de dos mecanismos distintos, o bien los objetos que los generan podrían comportarse de forma diferente en distintas etapas de su evolución. El origen más probable de las FRB son estrellas de neutrones superdensas nacidas de la explosión de una supernova o bien estrellas de neutrones con campos magnéticos ultrafuertes, llamados magnetoestrellas.
Una característica de FRB 190520 pone en tela de juicio la utilidad de las FRB para estudiar el material presente entre ellas y la Tierra. Por lo general, la comunidad científica analiza el efecto de dicho material en las ondas de radio emitidas por objetos distantes con el fin de estudiar el material en cuestión. Uno de esos efectos se genera cuando las ondas de radio atraviesan el espacio que contiene electrones libres, donde las ondas de frecuencias más altas viajan más rápido que las de frecuencias más bajas.
Ese efecto, conocido como dispersión, puede medirse para determinar la densidad de los electrones en el espacio entre el objeto y la Tierra, o, si se conoce o presupone su densidad, para hacer un cálculo aproximado de la distancia hasta el objeto. Así es como suele calcularse la distancia hasta los pulsares.
En el caso de FRB 190520, este método no funcionó. Un cálculo independiente de la distancia basado en el efecto Doppler causado por la expansión del Universo en la luz de la galaxia arrojó una distancia de casi 3.000 millones de años luz de la Tierra. Sin embargo, el destello presenta una cantidad de dispersión que normalmente equivaldría a una distancia de unos 8.000 a 9.500 millones de años luz.
“Esto significa que hay mucho material cerca de la FRB que perjudicaría cualquier intento de usarlo como parámetro para calcular la cantidad de gas existente entre las galaxias”, explica Kshitij Aggarwal. “De ser así en otros casos, no podríamos usar las FRB como instrumento cósmico de medición”, agrega.
El equipo señala que FRB 190520 puede ser una “recién nacida”, aún rodeada del denso material expulsado por la explosión de una supernova, de la que surgió la estrella de neutrones. A medida que se disipe ese material, la dispersión de las señales del destello también disminuiría. En este escenario, según plantean, los destellos reiterados también podrían ser una característica de FRB más jóvenes y mermar con el tiempo.
“El campo de los FRB está avanzando muy rápido, y todos los meses hay hallazgos nuevos. Dicho esto, sigue habiendo grandes interrogantes, y este objeto nos está entregando pistas desafiantes en relación a esas preguntas”, afirma Sarah Burke-Spolaor, de WVU.
El Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO) pertenece a la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos y es operado por Associated Universities Inc. en virtud de un acuerdo de cooperación.
Un activo y reiterado Destello Rápida de Radio (FRB por su sigla en inglés) suscita nuevas interrogantes sobre la naturaleza de estos objetos y pone en duda su utilidad como instrumento cósmico de medición.
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Dave Finley, Public Information Officer
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dfinley@nrao.edu
Representación artística de una estrella de neutrones
Representación artística de una estrella de neutrones con un campo magnético ultrafuerte, o magnetoestrella, emitiendo ondas de radio (en rojo). Las magnetoestrellas son las fuentes más probables de los destellos rápidos de radio.Créditos: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF B. Saxton NRAO/AUI/NSF
Destello Rápido de Radio FRB 190520
Imagen del VLA donde se aprecia el destello rápido de radio FRB 190520 (en rojo), combinado con una imagen óptica, en pleno destello. Créditos: Niu et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; CFHT NRAO/AUI/NSF
Imagen óptica de FRB 190520
Región de FRB 190520, observada en luz visible, con una imagen del destello rápido de radio obtenido por el VLA, alternando entre momentos con y sin destellos. Crédito: Niu et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; CFHT AUI NRAO Chile
Ubicación de FRB 190520 en el cielo. Créditos: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF NRAO/AUI/NSF
Animación de la secuencia de eventos que producen el destello rápido de radio.
En conferencias de prensa simultáneas en todo el mundo, incluido Santiago de Chile, un equipo internacional de astrónomas y astrónomos develó la primera imagen del agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Este resultado proporciona evidencias contundentes de que el objeto es de hecho un agujero negro y aporta valiosas pistas sobre el funcionamiento de estos gigantes, que se piensa residen en el centro de la mayoría de las galaxias. La imagen fue producida por un equipo de investigación global llamado “Colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos” (Event Horizon Telescope Collaboration, EHT), utilizando observaciones de una red mundial de radiotelescopios.
La imagen ofrece finalmente el aspecto real del enorme objeto que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Las y los científicos ya habían estudiado estrellas orbitando alrededor de algo invisible, compacto y muy masivo en el centro de la Vía Láctea. Estas órbitas permitían postular que este objeto, conocido como Sagitario A* o Sgr A*, es un agujero negro y la imagen publicada hoy proporciona la primera evidencia visual directa de ello.
Aunque no podemos ver el agujero negro en sí, porque es completamente oscuro, el gas resplandeciente que lo rodea tiene un indicador inequívoco: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva imagen capta la luz curvada por la poderosa gravedad del agujero negro, cuya masa es cuatro millones de veces la de nuestro Sol.
«Lo sorprendente es lo bien que coincide el tamaño del anillo con las predicciones de la teoría de la Relatividad General de Einstein», declaró el científico del proyecto EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipei. «Estas observaciones sin precedentes representan un gran paso adelante en nuestro conocimiento de lo que sucede en el centro mismo de nuestra galaxia, y ofrecen nueva información sobre cómo estos agujeros negros gigantes interactúan con su entorno». Los resultados del equipo del EHT se publican hoy en un número especial de la revista The Astrophysical Journal Letters.
Como el agujero negro está a unos 27.000 años luz de la Tierra, nos parece que tiene el mismo tamaño en el cielo que tendría una dona o rosquilla en la Luna. Para obtener su imagen, el equipo del EHT creó una red de ocho radio observatorios, anteriormente construidos con otros fines, que fueron combinados para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra [1]. El EHT observó Sgr A* durante varias noches, recopilando datos durante muchas horas seguidas, de forma similar a como una cámara fotográfica tradicional haría una imagen con un tiempo de exposición largo.
El Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) es el telescopio de ondas milimétricas más grande del mundo, por lo tanto, sus observaciones fueron críticas para la colaboración EHT. Su alta sensibilidad asegura una calibración de alta calidad para cada uno de todos los demás telescopios.
Este descubrimiento se logra después de que la colaboración EHT publicara en 2019 la primera imagen de un agujero negro, conocido como M87*, en el centro de la galaxia elíptica gigante Messier 87.
Los dos agujeros negros tienen un aspecto notablemente similar, a pesar de que el del centro de nuestra galaxia es más de mil veces más pequeño y ligero que M87* [2]. «Tenemos dos tipos de galaxias completamente diferentes y dos masas de agujeros negros muy distintas, pero cerca del borde de estos agujeros negros ambos son asombrosamente similares», dijo Sera Markoff, vicepresidenta del Consejo Científico del EHT y profesora de astrofísica teórica en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos). «Esto nos dice que la Relatividad General es la que domina estos objetos a pequeña escala, y cualquier diferencia que veamos a escalas mayores se debe a diferencias en el material que rodea a los agujeros negros».
Este logro fue considerablemente más difícil que el de M87*, a pesar de que Sgr A* está mucho más cerca de nosotros. El científico del EHT Chi-kwan (‘CK’) Chan, del Observatorio Steward y del Departamento de Astronomía y del Instituto de Ciencia de Datos de la Universidad de Arizona, en Estados Unidos, explicó: «El gas en las proximidades de los agujeros negros se mueve a la misma velocidad –casi tan rápido como la luz– alrededor de Sgr A* y M87*. Pero mientras que el gas tarda entre días y semanas en orbitar alrededor de M87*, en Sgr A* completa una órbita en cuestión de minutos. El primero es mucho mayor que el segundo. Esto significa que el brillo y la configuración del gas alrededor de Sgr A* estaba cambiando rápidamente mientras la Colaboración EHT lo observaba, algo así como tratar de obtener una foto nítida de un cachorro que da vueltas persiguiendo su cola.”
Los investigadores tuvieron que desarrollar nuevas y sofisticadas herramientas que tuvieran en cuenta el movimiento del gas alrededor de Sgr A*. Mientras que M87* era un objetivo más fácil y estable, ya que casi todas las imágenes tenían el mismo aspecto, éste no fue el caso de Sgr A*. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes obtenidas por el equipo, revelando por fin y por primera vez el gigante que acecha en el centro de nuestra galaxia.
El esfuerzo ha sido posible gracias al talento y el esfuerzo de más de 300 investigadores e investigadoras de más de 80 instituciones de todo el mundo que juntos forman la Colaboración EHT. Además de desarrollar complejas herramientas para superar los retos planteados para obtener imágenes de Sgr A*, el equipo trabajó rigurosamente durante cinco años utilizando supercomputadoras para combinar y analizar sus datos, todo ello mientras se compilaba una biblioteca sin precedentes de simulaciones de agujeros negros para compararlas con las observaciones.
Los científicos están especialmente satisfechos de tener por fin imágenes de dos agujeros negros de tamaños muy diferentes, lo que ofrece la oportunidad de entender cómo se comparan y contrastan. También han comenzado a utilizar los nuevos datos para probar teorías y modelos sobre el comportamiento del gas alrededor de los agujeros negros supermasivos. Este proceso aún no se comprende del todo, pero se cree que desempeña un papel clave en la formación y evolución de las galaxias.
«Ahora podemos estudiar las diferencias entre estos dos agujeros negros supermasivos para obtener nuevas y valiosas pistas sobre el funcionamiento de este importante proceso», afirma el científico del EHT Keiichi Asada, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taipei. «Tenemos imágenes de dos agujeros negros, uno extremadamente grande y otro extremadamente pequeño entre los agujeros negros supermasivos del Universo, por lo que podemos ir mucho más lejos que nunca en la comprobación de cómo se comporta la gravedad en estos casos extremos».
Los avances en el EHT continúan: una gran campaña de observación en marzo de 2022 incluyó más telescopios que nunca. La continua ampliación de la red del EHT y las importantes actualizaciones tecnológicas permitirán a las y los científicos obtener más y mejores imágenes, así como videos de agujeros negros en un futuro próximo.
“Estamos muy orgullosos de proporcionar datos esenciales para el proyecto Event Horizon Telescope”, dice el director de ALMA, Sean Dougherty. “Poder obtener una imagen del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, es un logro sobresaliente que es fundamental para una mejor comprensión de estos objetos intrigantes y sus interacciones con su entorno”.
Notas
[1] Los telescopios individuales que participaron en el EHT en abril de 2017, cuando se realizaron las observaciones, fueron: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), el Telescopio IRAM de 30 metros, el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT) de la Universidad de Arizona y el South Pole Telescope (SPT). Desde entonces, el EHT ha añadido a su red el Telescopio de Groenlandia (GLT), el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) y el Telescopio de 12 metros de la Universidad de Arizona en Kitt Peak.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI). La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
APEX es una colaboración entre el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania), el Observatorio Espacial de Onsala (Suecia) y ESO, y es operado por ESO.
IRAM opera el Telescopio de 30 metros (las organizaciones asociadas al IRAM son MPG (Alemania), CNRS (Francia) e IGN (España)).
El Observatorio de Asia Oriental opera JCMT en nombre del Centro de Mega Ciencia Astronómica de la Academia China de Ciencias, NAOJ, ASIAA, KASI, el Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia y organizaciones del Reino Unido y Canadá.
El Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian y ASIAA operan el SMA.
La Universidad de Arizona opera el SMT. La Universidad de Chicago opera el SPT utilizando instrumentación especializada para el EHT proporcionada por la Universidad de Arizona.
ASIAA y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano (SAO) operan el Telescopio de Groenlandia (GLT). El GLT es parte del proyecto ALMA-Taiwán, y está financiado parcialmente por la Academia Sinica (AS) y MOST.
[2] Los agujeros negros son los únicos objetos que conocemos en los que la masa escala con el tamaño. Un agujero negro mil veces más pequeño que otro es también mil veces menos masivo.
Información adicional
El consorcio EHT está formado por 13 institutos interesados; el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, la Universidad de Arizona, el Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimetral de Física Teórica y la Universidad de Radboud.
Imágenes
Esta es la primera imagen de Sagitario A* (Sgr A*), el objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia, y constituye la primera prueba visual directa de la presencia de un agujero negro. Fue captada por el Event Horizon Telescope (EHT), una red de ocho radio observatorios distribuidos por todo el planeta para formar un único telescopio virtual del tamaño de la Tierra. El telescopio toma su nombre del «horizonte de eventos», es decir, el límite del agujero negro más allá del cual no puede escapar la luz. Aunque no podemos ver el horizonte de eventos en sí, porque no puede emitir luz, el gas resplandeciente que orbita alrededor del agujero negro tiene una clara signatura: una región central oscura (llamada «sombra») rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva imagen capta la luz curvada por la poderosa gravedad del agujero negro, de cuatro millones de veces la masa de nuestro Sol. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las diferentes imágenes que la Colaboración EHT ha extraído de sus observaciones de 2017. Créditos: Colaboración EHT
La Colaboración del Telescopio de Horizonte de Eventos (EHT) ha creado una única imagen (parte superior) del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, llamado Sagitario A* (o Sgr A* para abreviar), combinando imágenes extraídas de las observaciones del EHT. La imagen principal se produjo promediando miles de imágenes creadas con diferentes métodos computacionales, todos los cuales se ajustan con precisión a los datos del EHT. Esta imagen promediada conserva las características más frecuentes en las distintas imágenes y suprime las que aparecen con menor frecuencia. Además, las imágenes pueden agruparse en cuatro grupos en función de las características en común. En la fila inferior se muestra una imagen promediada y representativa de cada uno de los cuatro grupos. Tres de los grupos muestran una estructura anular, pero con una distribución diferente del brillo alrededor del anillo. El cuarto grupo contiene imágenes que también se ajustan a los datos pero que no parecen anillos. Los diagramas de barras muestran el número relativo de imágenes que pertenecen a cada grupo. Miles de imágenes pertenecen a cada uno de los tres primeros grupos, mientras que el cuarto y más pequeño contiene sólo cientos de imágenes. Las alturas de las barras indican el «peso» relativo, o la contribución de cada grupo a la imagen promediada en la parte superior. Créditos: Colaboración EHT
Videos
Mira en esta secuencia de vídeo cómo nos acercamos al agujero negro (Sgr A*) situado en el centro de nuestra galaxia. Comenzamos con una visión amplia de la Vía Láctea y luego nos sumergimos en las densas nubes de gas y polvo de nuestro centro galáctico. Estas estrellas se han observado con el Very Large Telescope de ESO y con el Interferómetro del Very Large Telescope de ESO durante décadas. La inmensa atracción gravitacional del agujero negro distorsiona las órbitas de las estrellas más cercanas a él. Finalmente, llegamos a Sgr A*, cuya primera imagen ha sido captada por la colaboración EHT. La presencia del agujero negro la revela una región central oscura llamada sombra, rodeada por un anillo de gas luminoso y polvo.
Las diversas observaciones utilizadas para esta imagen fueron obtenidas en diferentes momentos, por diferentes equipos y con diferentes instalaciones, y reunidas con el propósito de utilizar el efecto de zoom. Las imágenes van desde longitudes de onda visibles al principio del vídeo, hasta infrarrojas, con una imagen final obtenida en longitudes de onda de radio.Crédito:ESO/L. Calçada, N. Risinger (skysurvey.org), DSS, VISTA, VVV Survey/D. Minniti DSS, Nogueras-Lara et al., Schoedel, NACO, GRAVITY Collaboration, EHT Collaboration (Music: Azul Cobalto)Aunque parezcan similares, los dos agujeros negros observados por la Colaboración EHT (Event Horizon Telescope) son en realidad muy diferentes. Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro situado en el centro de la Vía Láctea, es más de mil veces más pequeño que el agujero negro del centro de la galaxia M87. La razón por la que parecen del mismo tamaño es debido a sus distancias relativas con respecto a la Tierra. Esta animación pone de manifiesto sus enormes diferencias de tamaño al mostrar cómo se vería el agujero negro M87 si estuviera más cerca de la Tierra. El fotograma final muestra los tamaños de los dos agujeros negros si ambos estuvieran a la misma distancia de la Tierra que Sgr A*.Crédito: ESO/M. Kornmesser, EHT CollaborationCrédito: H.Falcke, A.Schut, R.Fraga-Encinas/Radboud University/Fiks Films
Un paquete multimedia de prensa se encuentra disponible acá.
Contactos
Geoffrey Bower
Científico de Proyecto del EHT
Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taipei
Los resultados preliminares luego del cierre de la Convocatoria de Propuestas (CfP) del Ciclo 9 muestran una continua y persistente alta demanda de tiempo para observar con ALMA. La comunidad presentó 1.769 propuestas, superando las 1.735 presentadas en el Ciclo 8. Las usuarias y usuarios de ALMA solicitaron en el Ciclo 9 más de 27.900 horas de observación con el conjunto de antenas de 12 metros de diámetro, la mayor solicitada para un solo ciclo. La demanda por programas de larga duración también continúa, ya que la comunidad astronómica presentó 40 propuestas de este tipo. La tasa general de sobresuscripción es de 6,5, lo que refleja el increíble entusiasmo que genera ALMA en todo el mundo.
“Es un placer ver que nuestro observatorio sigue atrayendo a un gran número de investigadores e investigadoras”, explica el Científico Jefe del Observatorio, John Carpenter. “La gran cantidad de propuestas es un testimonio de la apasionante ciencia que solo puede hacerse con ALMA”.
En los próximos meses, la comunidad revisará las propuestas enviadas para seleccionar qué propuestas se observarán en el Ciclo 9. Se espera que los resultados se anuncien en agosto de 2022.
Se puede encontrar más información sobre las propuestas del Ciclo 9 en las gráficas a continuación.
Información adicional
ALMA es una asociación entre ESO (en representación de sus estados miembros), NSF (EE.UU.) y NINS (Japón), junto con NRC (Canadá), MOST y ASIAA (Taiwán), y KASI (República de Corea del Sur), en cooperación con la República de Chile. El Joint ALMA Observatory es operado por ESO, AUI/NRAO y NAOJ.
Gráficas
Tiempo solicitado para observaciones con ALMA por ciclo. Crédito: ALMA – (ESO/NAOJ/NRAO)
Tasa de sobresuscripción por ciclo. Crédito: ALMA – (ESO/NAOJ/NRAO)
Número de propuestas recibidas en cada ciclo. Crédito: ALMA – (ESO/NAOJ/NRAO)
Número de programas de observación largos (superior a 50 horas) solicitados por ciclo. Crédito: ALMA – (ESO/NAOJ/NRAO)
