TITANs
TITANs
MILLENNIUM NUCLEUS ON TRANSVERSAL RESEARCH AND TECHNOLOGY TO EXPLORE SUPERMASSIVE BLACK HOLES
Goals
TITANS aims to improve our understanding of single and binary supermassive black holes. We aim to, for the first time, determine the demographics of innermost structures around single and binary supermassive black holes via Event Horizon Telescope imaging and variabililty studies with the Zwicky Transient Facility. Our simulations aim to understand the growth and emission spectra of single and binary supermassive black holes. With funding of ~2 million US$ over six years (2020-2026) Nucleo Milenio projects target focussed research topics and are funded by Chile’s National Agency for Investigation and Development (ANID).
TITANS will focus on:
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- Black hole demographics via studies of the innermost environments (accretion inflows, jet bases, and black hole shadows) of a sample of black holes using the Event Horizon Telescope (EHT)
- Growth of black holes over cosmic time (via observations and simulations), and identification of populations in the extreme limits of current parameter space
- Binary black holes in their gravitational wave emitting phase, (via theory and simulations followed by EHT observations)
Our technology component is focussed on supporting the next generation upgrade of the EHT, site testing and characterization, atmospheric studies related to water vapor, and high bandwidth satellite communication from Antarctica.
Latest News
Un innovador método para identificar estrellas fugitivas, astros que son expulsados violentamente desde cúmulos estelares, fue desarrollado por Alonso Herrera Urquieta, estudiante de doctorado del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción, colaborador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA (Centro Basal de ANID). El estudio, publicado en mayo de 2025 en la prestigiosa revista internacional Astronomy & Astrophysics (A&A), abre una nueva ventana para comprender la dinámica interna de los cúmulos estelares y la evolución de las estrellas en nuestra galaxia.
Caos cósmico: cuando tres estrellas se encuentran
En los cúmulos estelares, agrupaciones de cientos o miles de estrellas que nacen juntas, las interacciones gravitacionales son frecuentes y pueden ser intensas y caóticas. En particular, uno de los mecanismos más comunes ocurre cuando interactúan tres estrellas: un sistema binario y una estrella individual. Este tipo de encuentros suele desestabilizar el sistema, provocando que una estrella sea expulsada a gran velocidad, mientras que las otras dos permanecen unidas formando un sistema binario, que también puede ser eyectado del cúmulo.
A estas estrellas expulsadas producto de este proceso se les conoce como runaway stars o estrellas fugitivas. A diferencia de las estrellas que abandonan lentamente un cúmulo debido a su evolución natural, un proceso conocido como evaporación, las runaways son expulsadas a velocidades inusualmente altas producto de interacciones dinámicas de tres cuerpos, por lo que se las denomina fast escapers (estrellas de escape rápido del cúmulo) y destacan claramente en los datos observacionales.
Aunque este fenómeno ha sido estudiado durante décadas desde el punto de vista teórico, identificar observacionalmente a ambas estrellas expulsadas desde un mismo evento ha sido un desafío hasta ahora.
Un método sistemático para rastrear estrellas expulsadas
La investigación liderada por Herrera propone un nuevo método observacional que permite buscar, de forma simultánea, a la estrella solitaria y al sistema binario que fueron expulsados juntos desde un cúmulo estelar. Para ello, el equipo utilizó datos de alta precisión del satélite europeo Gaia (Data Release 3), que permite medir posiciones y velocidades estelares con un nivel de detalle sin precedentes.
Como prueba del método, se analizó el cúmulo abierto M67, uno de los más estudiados de la Vía Láctea. A partir de más de 15 mil estrellas en su entorno, se evaluaron cerca de 120 millones de combinaciones posibles, aplicando criterios físicos estrictos basados en la conservación del momento, la dirección del movimiento y el tiempo de eyección.
El resultado fue la identificación de un par candidato, una estrella rápida y un sistema binario más lento, cuyas propiedades físicas y dinámicas indican que habrían sido expulsados conjuntamente desde el cúmulo. Aunque pueda parecer un número reducido, el hallazgo es consistente con las predicciones teóricas para el campo de visión estudiado.
Un aporte clave para la astronomía estelar
“El principal aporte de este trabajo es que, por primera vez, se propone una forma sistemática de buscar ambos productos de una interacción de tres cuerpos fuera del cúmulo”, explica Herrera. Estudios previos se habían enfocado principalmente en simulaciones o en detectar estrellas veloces de manera individual, sin identificar el par completo.
Este avance no solo permite estudiar mejor la dinámica interna de los cúmulos estelares, sino que también podría ayudar a comprender la formación de sistemas binarios compactos, e incluso a detectar objetos más extremos, como agujeros negros, capaces de expulsar estrellas a velocidades aún mayores.
El estudio contó con la participación de investigadores de diversas instituciones nacionales e internacionales, entre ellas la Universidad de Concepción, el American Museum of Natural History (EE.UU.), la University of Toronto (Canadá), el Max Planck Institute for Astrophysics (Alemania), la University of Amsterdam (Países Bajos) y la University of Wisconsin–Madison (EE.UU.), entre otras.
Próximos pasos: más cúmulos y ciencia abierta
Durante su primer año de doctorado, el investigador está ampliando el análisis a un número mucho mayor de cúmulos abiertos, con el objetivo de realizar estudios de población y comparar cómo influyen variables como la masa, edad o tamaño del cúmulo en la producción de estrellas fugitivas.
Además, se está optimizando el código para que pueda ejecutarse en computadores de gama media, facilitando su uso por parte de otros investigadores, estudiantes y entusiastas del análisis de datos.
En paralelo, el equipo está desarrollando una plataforma web interactiva, en conjunto con el programador Gonzalo Díaz, que funcionará como repositorio de datos de más de 2.000 cúmulos estelares. Esta herramienta busca acercar la astronomía tanto a estudiantes de astronomía y ciencia de datos como al público general, promoviendo la divulgación científica y, a futuro, la ciencia ciudadana.
Concepción, 26 de Abril 2023
Astrónomos logran capturar la primera imagen de la sombra de un agujero negro junto a un poderoso jet
Un equipo internacional de científicos, entre los que se cuenta Dhanya G. Nair, actual investigadora postdoctoral de la Universidad de Concepción, usó nuevas observaciones en la longitud de onda milimétrica que muestra por primera vez, junto con la estructura con forma de anillo que releva la materia cayendo en el agujero negro central, un poderoso jet relativista en el prominente radio de la galaxia M87. La imagen subraya la conexión entre el flujo de acreción cercano al agujero negro supermasivo y el origen del jet. Las nuevas observaciones fueron obtenidas con el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), complementado con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio de Groenlandia (GLT). La suma de estos dos observatorios ha aumentado las capacidades de captura de imágenes de GMVA. Los resultados serán publicados en la próxima edición de la revista Nature.
“Previamente habíamos visto el jet y el agujero negro en imágenes separadas, pero ahora hemos tomado una imagen panorámica del agujero negro junto a su jet en una nueva longitud de onda”, dijo Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghái y líder del Max Planck Research Group de la Academia China de Ciencias.
Se cree que el material circundante cae en el agujero negro en un proceso conocido como acreción. Pero nadie lo había captado directamente. “El anillo que hemos visto antes se vuelve grande y grueso en observaciones de longitud de onda de 3.5 mm. Esto muestra que el material que cae en el agujero negro produce emisiones adicionales que ahora son observadas en la nueva imagen. Esto nos da una vista más completa de los procesos físicos que actúan cerca del agujero negro”, añadió.
La participación de ALMA y el GLT en las observaciones del GMVA dan como resultado un incremento en la resolución y sensibilidad del trabajo intercontinental de los telescopios, lo que hizo posible capturar la estructura parecida a un anillo en M87, por primera vez en una longitud de onda de 3.5 mm.
El diámetro del anillo medido por el GMVA es de 64 micro segundos de arco, lo que corresponde al tamaño, por ejemplo, de un aro de luz para selfie (13 cm) usado por un astronauta en la Luna mirando de espaldas a la Tierra.
Este diámetro es 50 veces mayor que el de las observaciones del Telescopio de Horizonte de Eventos a 1.3 mm, en concordancia con las expectativas de emisión de plasma relativista en esta región.
“Con el gran aumento en la capacidad de captura de imágenes gracias a la adición de ALMA y GLT a las observaciones del GMVA, hemos ganado una nueva perspectiva. De hecho, vemos el chorro de tres crestas del cual ya conocíamos de observaciones tempranas del VLBI”, dijo Thomas Krichbaum, del Instituto Max Planck para Radio Astronomía (MPIfR) en Bonn. “Pero ahora podemos ver cómo el jet emerge de la zona de emisión en forma de anillo alrededor del agujero negro supermasivo y podemos medir su diámetro en otras longitudes de onda más largas”.
Científica post doctoral de la UdeC se alza como la única participante de su tipo en Latinoamérica
Dhanya G. Nair, quien actualmente cursa sus estudios postdoctorales en la Universidad de Concepción, trabajó en abril de 2018 realizando observaciones con el radio telescopio de 100 metros de Effelsberg, en Alemania, operado por MPIfR, todo mientras realizaba sus estudios de doctorado en la institución europea. Los datos obtenidos fueron usados junto a los obtenidos con el resto de observatorios del GMVA, además de ALMA en el norte del país y el Telescopio de Groenlandia.
“Además contribuí con la reducción de información, específicamente de la calibración de fase y amplitud de los datos de 3,5 mm del GMVA, utilizando el Sistema de Procesamiento de Imágenes Astronómicas de la NRAO (AIPS). Para la fase de calibración, usamos el ajuste de franjas de dos pasos para detectar franjas interferométricas (luz de radio), a través de varias “baselines”. Al principio, se realizó una calibración de fase manual en las fuentes del calibrador (3C279 y 3C273), seguido del procedimiento de ajuste de franja global”, comentó Dhanya.
“También trabajé en las correcciones de paso de banda de los datos del GMVA, usando escáneres de calibración y calibración de amplitud a priori usando mediciones de temperatura del sistema y curvas de ganancia”, añadió.
Dada la proximidad de M87 (54 millones de años luz) y su gran masa, este objeto ha sido observado usando interferometría de muy larga base (VLBI) por décadas, y en este caso, el GMVA, durante 2004 y 2015, ya se encontraba investigando las características de los chorros de M87. “Con mi experiencia en la calibración de datos de GMVA y la captura en imágenes de 174 galaxias activas a 3.5mm como estudio de Ph.D, para el Instituto Max-Planck, comencé a asociarme con el presente proyecto en 2017”, especificó la investigadora postdoctoral de la UdeC.
La luz de M87
La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones de alta energía y campos magnéticos, en un fenómeno llamado radiación de sincrotrón. Las nuevas observaciones, en una longitud de onda de 3.5 mm revelan mayores detalles sobre la localización y la energía de esos electrones. Esto también nos cuenta algo de la naturaleza misma del agujero negro: no está tan hambriento. Consume materia en un bajo rango, convirtiendo solo una pequeña fracción en radiación. Keiichi Asada de la Academia Sinica de Taiwán, Instituto de Astronomía y Astrofísica, explica: “Para entender el origen físico del anillo grande y robusto, tuvimos que usar simulaciones por computadora para testear distintos escenarios. Como resultado, concluimos que la larga extensión del anillo está asociada con el flujo de acreción”.
Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón añadió: “También hemos encontrado una sorpresa en nuestros datos: la radiación desde la región interior cercana al agujero negro es más amplia de lo que esperábamos. Esto puede significar que ahí existe más que solo gas cayendo. Puede existir un viento que causa turbulencias y caos alrededor del agujero negro”.
El camino para aprender más sobre Messier 87 no ha acabado, mientras que nuevas observaciones y una flota de potentes telescopios continúen descubriendo sus secretos. “Futuras observaciones en longitudes de onda milimétricas estudiarán la evolución en el tiempo de M87 y nos darán una vista poli-cromática del agujero negro con múltiples imágenes en color en luz de radio”, dijo Jongho Park, del Instituto de Astronomía y el Espacio de Corea.
Además, en la Universidad de Concepción también se encuentran realizando trabajos relacionados a este descubrimiento. “De forma similar a las observaciones de M87 en este proyecto, nuestro equipo en el Departamento de Astronomía de la UdeC observará la Galaxia del Sombrero, Messier 84 y IC1459 en mayo de 2023. Junto a GMVA y ALMA se podrán obtener imágenes de la “vecindad” inmediata de sus agujeros negros supermasivos con una resolución de menos de 100 radios de Schwarzschild”, comentó Dhanya Nair.
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Franco López Flores
Comunicaciones Departamento de Astronomía
Universidad de Concepción