Un agujero negro supermasivo y su chorro, todo en una sola imagen

En mayo de 2022, el equipo del Event Horizon Telescope (EHT) lanzó la primera imagen de radio del agujero negro central de M87. Fue una revelación sorprendente basada en observaciones realizadas utilizando una serie mundial de radiotelescopios. Recientemente, relanzaron una imagen más nueva y nítida del «anillo de luz» del agujero negro.

Ahora, un equipo de astrónomos de Europa, Corea y China ha llevado las cosas un paso más allá. Esta semana, lanzaron otra vista asombrosa de este monstruo, esta vez, en un rango ligeramente diferente de emisiones de radio. Muestra claramente la conexión entre el agujero negro supermasivo, su anillo de luz y el famoso chorro de alta velocidad.

Esta última imagen se tomó utilizando una amplia gama de radiotelescopios. Comprendieron el Global mm Very Large Baseline Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter Array (ALMA) y el Greenland Telescope (GLT). Sus observaciones combinadas mostraron detalles muy pequeños en la región alrededor del núcleo galáctico. Es la primera vez que las tres partes principales del objeto están en la misma imagen.

Las observaciones, tomadas en 2018, muestran la región en luz de radio emitida a una longitud de onda más larga que la imagen EHT. Es de 3,5 mm en lugar de 1,3 mm. «En esta longitud de onda, podemos ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central», dice Thomas Krichbaum del Instituto Max Planck de Radioastronomía. El material que sale de M87 es un chorro astrofísico. Contiene materia sobrecalentada (ionizada) que fluye a alta velocidad a lo largo de un eje de rotación.

Obtención de la imagen completa del agujero negro

Para entender las estructuras en la última imagen, necesitamos saber más sobre ellas. Sabemos que los agujeros negros supermasivos en los núcleos de las galaxias son pozos gravitacionales tremendamente fuertes. Nada puede escapar porque prácticamente absorben todo en el vecindario. La formación de estos monstruos aún no se comprende bien. Pero, podemos observar lo que le hacen a sus vecindarios.

En el caso de M87, hay un disco de acreción que canaliza material hacia el agujero negro. Por otro lado, el chorro ayuda a que escapen algunos materiales. Comprender cómo se puede crear un chorro tan enorme es un problema de larga data en astronomía. Probablemente se forme como resultado de algún tipo de actividad dentro del disco de acreción circundante.

Es probable que la formación del chorro también involucre campos magnéticos enredados. Sin embargo, los astrónomos aún no tienen claros todos los detalles. «Sabemos que los chorros son expulsados ​​de la región que rodea a los agujeros negros», dijo Ru-Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghái en China, «pero aún no entendemos completamente cómo sucede esto realmente. Para estudiar esto directamente, necesitamos observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro».

La nueva imagen también muestra cómo la base del chorro se conecta con el disco de materia que se arremolina en el agujero negro. Las observaciones anteriores mostraron vistas separadas de ese disco y el chorro. Entonces, esta es la primera vez que ambas características se observan juntas. «Esta nueva imagen completa la imagen al mostrar la región alrededor del agujero negro y el chorro al mismo tiempo», dijo Jae-Young Kim, miembro del equipo de la Universidad Nacional Kyungpook en Corea del Sur y el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania.

sondeando el anillo

El anillo de luz que rodea el agujero negro supermasivo de M87 es otra parte fascinante del estudio. En realidad es algo así como una ilusión óptica. A medida que la materia orbita, se calienta por la fricción con otra materia y por las interacciones con los campos magnéticos. Eso hace que emita luz. El fuerte efecto gravitacional del agujero negro se dobla y captura parte de la luz. Eso crea lo que parece un anillo. Podemos verlo en la imagen EHT del agujero negro de M87.

Las nuevas observaciones del anillo se realizaron en 2018 y ahora se publican junto con un artículo (a continuación) que analiza la ciencia. El tamaño del anillo observado por la red GMVA es aproximadamente un 50 % más grande en comparación con la imagen EHT. «Para comprender el origen físico del anillo más grande y más grueso, tuvimos que usar simulaciones por computadora para probar diferentes escenarios», explicó Keiichi Asada de la Academia Sinica en Taiwán. Los resultados sugieren que la nueva imagen revela más material que cae hacia el agujero negro de lo que podría observarse con el EHT.

Más observaciones planeadas para el agujero negro de M87

Esta nueva observación del chorro y el agujero negro es la primera vista de próxima generación del sistema. Los estudios futuros continuarán con redes de radiotelescopios agrupados. Continuarán investigando la conexión entre los agujeros negros y sus chorros. «Planeamos observar la región alrededor del agujero negro en el centro de M87 en diferentes longitudes de onda de radio para estudiar más a fondo la emisión del chorro», señaló Eduardo Ros del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

Las observaciones simultáneas que utilizan esta matriz y el EHT permitirían al equipo desentrañar todas las acciones complejas que ocurren cerca del agujero negro supermasivo. No solo estarán interesados ​​en el chorro, sino también en la física y las actividades del disco de acreción donde se lanza el chorro. «Los próximos años serán emocionantes, ya que podremos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del universo», dijo Ros.