2019 será el año en que la humanidad vea la primera imagen de un agujero negro.

Autor:  Alan Steve_Cortés  hace 5 meses 
Categoría:  
Ciencias Físicas
Astronomía
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El avance científico del año de 2019 nos mostrará el horizonte de eventos de un agujero negro y será la prueba más extrema de la Relatividad General de Einstein.

Con cada año que pasa, la cantidad total de conocimiento que acumula la humanidad crece y crece. A principios de 2015, la humanidad nunca había detectado una onda gravitacional verídica; en la actualidad, hemos detectado 11, y esperamos encontrar quizás cientos más en 2019. A principios de la década de 1990, no sabíamos si había planetas fuera de nuestro propio Sistema Solar; hoy, tenemos miles, algunos de los cuales son lo suficientemente buenos para ser considerados como la Tierra .

Se han encontrado “todas” las partículas en el Modelo Estándar; descubierto que el Universo no solo se está expandiendo, sino acelerando; incluso se ha determinado cuántas galaxias hay en el Universo. Pero el próximo año sucederá algo nuevo y sin precedentes: se creará una imagen del horizonte de eventos de un agujero negro por primera vez. Los datos ya están en la mano; El resto es solo cuestión de tiempo.

Los agujeros negros son objetos bastante fáciles de detectar, una vez que sabes lo que estás buscando. Puede parecer contrario a la intuición, porque no emiten luz propia, pero existen tres características que nos permiten saber que están ahí:

  • Los agujeros negros crean una tremenda cantidad de gravedad, una distorsión/curvatura del espacio, en un volumen muy pequeño. Si podemos observar los efectos gravitacionales de una masa grande y compacta, podemos inferir la existencia de un agujero negro y, potencialmente, medir su masa.
  • Los agujeros negros afectan fuertemente el ambiente que los rodea. Cualquier asunto cercano no solo experimentará intensas fuerzas de marea, sino que acelerará y se calentará, haciendo que emita radiación desde fuera del horizonte de eventos. Cuando detectamos esta radiación, podemos reconstruir las propiedades del objeto que la alimenta, que a menudo solo es explicable por un agujero negro.
  • Los agujeros negros pueden fusionarse, lo que hace que emitan ondas gravitacionales detectables durante un breve período de tiempo.

El chorro de rayos X más distante en el Universo, desde el quásar GB 1428, es aproximadamente la misma distancia y edad, visto desde la Tierra, como el quásar S5 0014 + 81, que alberga posiblemente el mayor agujero negro conocido en el Universo. Se piensa que estos gigantes distantes se activan mediante fusiones u otras interacciones gravitacionales, pero son solo los agujeros negros con las relaciones de masa a distancia más grandes que el Telescopio de Horizonte de Evento tendrá la oportunidad de resolver. (Rayos X: NASA / CXC / NRC / C.CHEUNG ET AL; ÓPTICO: NASA / STSCI; RADIO: NSF / NRAO / VLA)

El Event Horizon Telescope (EHT), sin embargo, pretende ir un paso más allá que cualquiera de estos métodos. En lugar de tomar medidas que nos permiten inferir las propiedades de un agujero negro de manera indirecta, va directo al corazón de la materia y planea obtener imágenes del horizonte de eventos de un agujero negro directamente.

El método para hacerlo es simple y directo, pero no ha sido posible desde una perspectiva tecnológica hasta hace muy poco. La razón por la cual es una combinación de dos factores importantes que normalmente van de la mano en la astronomía: resolución y recolección de luz.

Debido a que los agujeros negros son objetos tan compactos, tenemos que ir a una resolución extraordinariamente alta. Pero como no buscamos la luz en sí misma, sino la ausencia de luz, debemos recopilar grandes cantidades de luz con mucho cuidado para determinar dónde está realmente la sombra del horizonte de eventos.

La orientación del disco de acreción, ya sea boca abajo (dos paneles a la izquierda) o de borde (dos paneles a la derecha), puede alterar enormemente la forma en que nos aparece el agujero negro. ('HACIA EL HORIZONTE DE EVENTOS - EL AGUJERO NEGRO SUPERMASIVO EN EL CENTRO GALÁCTICO', CLASE. QUANTUM GRAV., FALCKE & MARKOFF (2013))

Convencionalmente, un telescopio con mejor resolución y un telescopio con mejor poder de captación de luz deberían ser el mismo telescopio. La razón por la cual la tecnología ha sido un factor limitante es la resolución. El tamaño que parece tener un agujero negro es proporcional a su masa, pero inversamente proporcional a su distancia con respecto a nosotros. Para ver el agujero negro más grande desde nuestra perspectiva, Sagitario A *, el que está en el centro de la Vía Láctea, se requiere un telescopio del tamaño del planeta Tierra.

Se ha detectado una gran cantidad de estrellas cerca del agujero negro supermasivo en el núcleo de la Vía Láctea. Además de estas estrellas y el gas y el polvo que se encontraron, se preevé que habrá más de 10,000 agujeros negros dentro de unos pocos años luz de Sagitario A *. Resolver el agujero negro central es una tarea a la que solo puede llegar el Event Horizon Telescope. (S. SAKAI / A. GHEZ / WM KECK OBSERVATORY / UCLA GALACTIC CENTER GROUP)

¡Obviamente no tenemos los recursos capaces de construir tal dispositivo! Pero tenemos la mejor opción: la capacidad de construir una serie de telescopios. Cuando se tiene una gran variedad de telescopios, se obtiene la potencia de captación de luz de los telescopios individuales, todo sumado. En otras palabras, la captación de luz está realmente limitada por el tamaño del telescopio. Pero la resolución, si usamos la técnica de la interferometría de línea de base larga, puede mejorarse enormemente utilizando una serie de telescopios con una gran cantidad de espacio entre ellos.

El Event Horizon Telescope es una red de 15 a 20 telescopios ubicados en diferentes continentes en la Tierra, desde el Polo Sur hasta Europa, América del Sur, África, América del Norte, Australia y varias islas en el Océano Pacífico.

El segundo agujero negro más grande visto desde la Tierra, el que está en el centro de la galaxia M87, se muestra en tres vistas aquí. A pesar de su masa de 6,6 billones de soles, está más de 2000 veces más lejos que Sagittarius A *. Puede o no ser resuelto por el EHT. (SUPERIOR, TELESCOPIO HUBBLE SPACE / NASA / WIKISKY; INFERIOR IZQUIERDA, NRAO / ARRAY MUY GRANDE (VLA); INFERIOR DERECHA, CHANDRA X)

El Event Horizon Telescope funciona tomando esta enorme variedad de radiotelescopios y observando agujeros negros simultáneamente, lo que nos permite reconstruir una imagen de ultra alta resolución de lo que sea que estemos viendo, siempre que haya suficiente luz para verla.  La clave para hacer que el Event Horizon Telescope funcione, entonces, es asegurarnos de que obtengamos suficiente luz para ver la sombra proyectada por el horizonte de eventos del agujero negro, mientras obtenemos imágenes de la luz que viene de alrededor y detrás.

La apuesta más segura es buscar en el rango de las ondas de radio del espectro, que es la parte de menor energía. Se espera que todos los agujeros negros que aceleran la materia emitan ondas de radio.

La revolución tecnológica que debe permitir que estas imágenes se construyan es ALMA: Atacama Large Millimeter Array, una increíble red de 66 radiotelescopios enormes. ALMA ya nos ha mostrado imágenes de los discos polvorientos alrededor de estrellas recién formadas, y puede visualizar galaxias ultra-distantes de una manera superior a lo que incluso el Hubble puede revelar.

El Atacama Large Millimeter Array, como se fotografió con las nubes de Magallanes en lo alto. Una gran cantidad de platos juntos, como parte de ALMA, ayuda a crear muchas de las imágenes más detalladas en áreas, mientras que un número menor de platos más distantes ayuda a concentrarse en los detalles en los lugares más brillantes. (ESO / C. MALIN)

Entonces, ¿qué traerá el 2019, cuando se hayan reunido los 27 Petabytes de datos (de todos los diferentes observatorios que ven estos agujeros negros), se hayan analizado en su totalidad? ¿Aparecerá el horizonte de eventos como lo predice la Relatividad General? Hay algunas cosas increíbles para probar:

  • si los agujeros negros tienen el tamaño correcto según lo predicho por la Relatividad General,
  • si el horizonte de eventos es circular (como se predijo), u oblate o prolate en su lugar,
  • si las emisiones de radio se extienden más lejos de lo que pensábamos,
  • o si hay otras desviaciones del comportamiento esperado.

Cinco simulaciones diferentes en la relatividad general, utilizando un modelo magnetohidrodinámico del disco de acreción del agujero negro, y cómo se verá la señal de radio como resultado. Tenga en cuenta la huella clara del horizonte de eventos en todos los resultados esperados. (GRMHD SIMULACIONES DE VISIBILIDAD AMPLITAN LA VARIABILIDAD PARA HORIZONTE DE EVENTOS IMÁGENES DE TELESCOPIO DE SGR A *, L. MEDEIROS ET AL., ARXIV: 1601.06799)

Aunque el equipo del Event Horizon Telescope ha detectado una estructura alrededor del agujero negro en el centro de nuestra galaxia, todavía no tenemos una imagen directa. Esto requiere comprender nuestra atmósfera y los cambios que ocurren dentro de ella, combinar los datos y escribir algoritmos novedosos para coprocesarlos. Es un trabajo en progreso, pero a la primera mitad de 2019 es cuando deben llegar las primeras imágenes.

Cuando finalmente lleguen estas imágenes, ya no habrá ninguna duda sobre si existen agujeros negros y si existen con las propiedades que predice la teoría más importante de Einstein. 2019 será el año del horizonte de eventos, y por primera vez en toda la historia, finalmente sabremos, de manera concluyente, a qué se parecen.

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Julius_Pierre hace 5 meses 
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Completito !!!

Cinthia_Reyes hace 2 meses 
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Muy buen artículo, gracias



Alan Steve_Cortés
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