Revista

Coneix l'equip global que va capturar la primera imatge d'un forat negre | Ciència

De tant en tant, una nova imatge de l’espai exterior canvia la nostra comprensió de l’univers i del nostre lloc. Fa cent anys, els astrònoms van capturar la llum de les estrelles darrere del sol durant un eclipsi de sol total, demostrant que el sol havia doblegat la llum de les estrelles i validant les noves teories de la gravetat d’Albert Einstein. El 1923, Edwin Hubble va capturar una estrella palpitant dins de la galàxia Andromeda en una placa fotogràfica de vidre, revelant per primera vegada que les galàxies existeixen més enllà de la nostra pròpia Via Làctia. Cap a la dècada de 1960, els astrònoms de Nova Jersey havien detectat radiació del Big Bang, que ara es diu Cosmic Microwave Background, que marca la vora de l’univers observable, tot i que no sabien el que veien al principi.

L’abril passat, una imatge d’un forat negre, captada per una xarxa global de telescopis, va tornar a transformar la nostra percepció del cosmos. Aquesta imatge va aparèixer als principals diaris de tot el món: un anell de gas sobreescalfat a 55 milions d’anys llum de distància, aproximadament de l’amplada del nostre sistema solar, en espiral cap a un abisme amb la massa de 6.500 milions de sols al centre de la galàxia gegant Messier 87 (M87). La imatge va tornar a validar la física d’Einstein, però també va donar una visió del que pot estar més enllà de l’univers que coneixem. Unida des de diversos dels telescopis més potents del planeta, la borrosa imatge de la foscor siluetada per la llum és el resultat de dècades de treball de més de 200 científics de tot el món i coordinada pel Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics .

Previsualitza la miniatura del vídeo

Subscriviu-vos a la revista Smithsonian ara per només 12 dòlars

Aquest article és una selecció del número de desembre de 2019 de la revista Smithsonian





Comprar

Després d’anys de planificació de més de 200 científics internacionals, les dades que pretenien mostrar la primera imatge d’un forat negre ja estan a punt. L’equip es reuneix per a la gran revelació: és un moment sísmic de l’astrofísica.

El físic alemany Karl Schwarzschild va predir l’existència de forats negres per primera vegada el 1915. Va utilitzar les equacions d’Einstein que descrivien la relativitat general —publicades només mesos abans— per suggerir que una estrella per sobre d’una densitat determinada col·lapsaria en un punt de densitat infinita i infinitesimal. volum. Aquesta era una idea tan al·lucinant que el propi Einstein era dubtós. Fins i tot, Einstein va intentar demostrar més tard en la vida que l’anomenada singularitat de Schwarzschild no podia existir a la natura. Però a finals dels anys trenta no semblava tan inversemblant. Robert Oppenheimer i els seus estudiants de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, van concloure que les estrelles massives podrien col·lapsar en un punt de densitat insalvable.



Al voltant d’aquests forats negres, un terme popularitzat als anys seixanta pel físic nord-americà John Wheeler, l’espai-temps tal com el coneixem es descompon. Un forat negre devora material de la seva galàxia i una vora coneguda com a horitzó d’esdeveniments marca el punt de no retorn. Els fotons corren al voltant d’aquest horitzó, atrapats en una òrbita que no podem veure perquè la llum mai no ens arriba. Fora de l’horitzó dels esdeveniments, la pols i el gas que remolinen formen un disc de material, escalfat per fricció fins a milers de milions de graus.

Tot i que aquest disc brilla més que gairebé qualsevol altre objecte de l’univers, és difícil capturar-lo en una imatge. Malgrat la seva brillantor, fins i tot els forats negres més grans són minúsculs al cel perquè estan molt lluny. Des del mirador de la Terra, el forat negre de M87 és més petit que la vora d’un cèntim a Los Angeles, vist des de Boston. Capturar alguna cosa tan minúscul requereix fer una foto amb una resolució extremadament alta.

per què França va vendre el territori de Louisiana?

Cap telescopi no ho va aconseguir, de manera que els científics van enllaçar observatoris de ràdio a Hawaii, Arizona, Mèxic, Xile, Espanya i l'Antàrtida. D’aquesta manera, diversos telescopis sempre podrien mantenir l’M87 a la vista. Quan la galàxia es va col·locar sobre l’horitzó per a un telescopi, d’altres de parts llunyanes del món ja l’havien recollit. Junts, els vuit telescopis van generar dades que després podrien ser unides per supercomputadors.



La tècnica requeria una sincronització precisa, perquè tots els punts de dades s’alineaessin perfectament. Els rellotges atòmics, que fan servir làsers de microones d’hidrogen per mantenir el temps, s’instal·laven a cada lloc. Aquests rellotges són tan precisos que no es desviaran ni un segon en deu milions d’anys.

La primera vegada que els astrònoms van provar aquesta tècnica amb una sensibilitat prou alta com per mesurar un forat negre, el 2006 l'equip va fallar estrepitosament, segons Shep Doeleman, llavors astrònom del MIT i ara amb l'Observatori Astrofísic Smithsonian. Va ser una cerca infructuosa, diu. Els observatoris vinculats a Hawaii i Arizona no van detectar res.

Doeleman i un equip d'investigadors van tornar a intentar-ho el 2007, enllaçant tres observatoris per observar Sagittarius A *, un forat negre al centre de la nostra pròpia galàxia, que és molt més petit que M87 però també molt més a prop. Aquesta vegada, a través de la boira obscura de la Via Làctia, van veure una petita gota d’emissions de ràdio.

Vam saber de seguida que teníem alguna cosa absolutament nova, diu Doeleman, que havíem pres la mesura d’aquest forat negre al centre de la galàxia. Però convertir les observacions en alguna cosa més que una mica de senyals de ràdio requeriria més energia.

Així doncs, Doeleman va fundar una xarxa d’observatoris, anomenada col·lectivament Telescopi Horitzó de l’Esdeveniment (EHT). El 2011 es va obrir l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) al desert d’Atacama de Xile, on l’altitud elevada i la manca d’humitat creen algunes de les millors condicions d’observació del planeta. Aquest conjunt de telescopis, l’observatori terrestre més car del món, es va convertir en el nou àncora de l’EHT. El 2016, els observatoris de ràdio a Sierra Nevada i al cim de Sierra Negra, a Mèxic, també s’havien adherit a l’EHT.

més científics del forat negre

D’esquerra a dreta, de dalt a baix: Michael Johnson, Aleks Popstefanija, Daniel Palumbo; Joseph Farah, Dominic Pesce, Garrett K. Keating; Alexander Raymond, Gopal Narayanan, Peter Schloerb(Adam Glanzman)

El 2017 ja estava tot a punt. Durant les cinc nits d’abril d’aquell any, molts dels radiotelescopis més poderosos del món van prestar a la EHT les seves precioses hores d’observació. Les instal·lacions van aturar les operacions normals i van endarrerir altres investigacions per permetre que el telescopi mundial cobrés vida a la recerca d’ones de ràdio des d’un anell de llum que envoltava l’ombra d’un forat negre a més de 300 quintilions de quilòmetres de distància.

El temps va ser perfecte i, després d’enviar més de mitja tona de discs durs a instal·lacions de supercomputació d’Alemanya i Massachusetts, equips independents van escriure nous algoritmes per combinar els cinc petabytes de dades, és a dir, cinc milions de gigabytes o prou fitxers de so gravats per reproduir-los durant 5.000 anys. La imatge resultant mostrava clarament un anell de material fora de l’horitzó d’esdeveniments, que brillava brillantment al voltant d’un centre fosc. El forat negre semblava igual que els models teòrics basats en les equacions d’Einstein van predir-ho.

Sera Markoff, astrofísica de la Universitat d’Amsterdam i membre de l’equip d’EHT, va haver de convèncer-se primer que estava buscant dades reals. I, a més, hi ha el ‘Oh my God, realment es veu com pensàvem que quedaria!’.

Imatge de forat negre

Fora de l’horitzó d’esdeveniments d’un forat negre —el punt des d’on no pot tornar matèria ni llum— s’acumulen gas i pols sobreescalfats, deformats per la gravetat en un anell de llum brillant.(Col·laboració amb telescopis Horizon Event)

Quan vam veure que aquella ombra nefasta va créixer a la llum, això es va fer real, diu Avery Broderick, astrofísic de la Universitat de Waterloo. Allò realment era un forat negre que hi havia a l’univers.

El 10 d'abril, la imatge recentment estrenada va provocar temor. France Córdova, directora de la National Science Foundation, va dir que la imatge li portava llàgrimes als ulls: això és molt important.

S’uneixen més telescopis a la xarxa, inclosos un a Groenlàndia i un altre als Alps francesos. Els científics somien amb posar un telescopi en òrbita i enllaçar-lo amb els observatoris terrestres per veure forats negres que actualment són massa petits i distants per observar-los.

Els forats negres són tan massius que esculpen la matèria de l’univers, devorant gas, pols i fins i tot fotons al centre de grans galàxies. Després de teoritzar sobre ells durant més de cent anys, podríem tenir algunes sorpreses ara que les podem observar directament. Hem pogut mirar fins a la vora de l’espai-temps, fins a prop de l’horitzó, diu Broderick. On hem de trobar nova física? La resposta és que als llocs que no havíem vist abans.





^