Por primera vez, los astrónomos han observado, en una misma imagen, la sombra del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87) y el potente chorro expulsado por él. Las observaciones se realizaron en 2018 con telescopios del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual ESO es socio, y el Greenland Telescope (GLT). Gracias a esta nueva imagen, los astrónomos pueden comprender mejor cómo los agujeros negros pueden lanzar chorros tan energéticos.
La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien los agujeros negros son conocidos por engullir materia en su vecindad inmediata, también pueden lanzar poderosos chorros de materia que se extienden más allá de las galaxias en las que viven. Comprender cómo los agujeros negros crean chorros tan enormes ha sido un problema de larga data en astronomía. «Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros», dice 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 publicada hoy muestra precisamente esto por primera vez: cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. El objetivo es la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia en nuestro vecindario cósmico, y hogar de un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. Las observaciones anteriores habían logrado obtener imágenes por separado de la región cercana al agujero negro y al chorro, pero 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», agrega Jae-Young Kim de la Universidad Nacional Kyungpook en Corea del Sur y el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania.
La imagen se obtuvo con el GMVA, ALMA y el GLT, formando una red de radiotelescopios en todo el mundo trabajando juntos como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Una red tan grande puede discernir detalles muy pequeños en la región alrededor del agujero negro de M87.
La nueva imagen muestra el chorro emergiendo cerca del agujero negro, así como lo que los científicos llaman la sombra del agujero negro. A medida que la materia orbita alrededor del agujero negro, se calienta y emite luz. El agujero negro se dobla y captura parte de esta luz, creando una estructura similar a un anillo alrededor del agujero negro visto desde la Tierra. La oscuridad en el centro del anillo es la sombra del agujero negro, que fue fotografiada por primera vez por el Event Horizon Telescope (EHT) en 2017. Tanto esta nueva imagen como la del EHT combinan datos tomados con varios radiotelescopios en todo el mundo, pero la imagen publicado hoy muestra luz de radio emitida a una longitud de onda más larga que la de EHT: 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 tamaño del anillo observado por la red GMVA es aproximadamente un 50 % más grande en comparación con la imagen del Event Horizon Telescope. «Para comprender el origen físico del anillo más grande y más grueso, tuvimos que usar simulaciones por computadora para probar diferentes escenarios», explica 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.
Estas nuevas observaciones del agujero negro de M87 se realizaron en 2018 con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y América del Norte. [1]. Además, otras dos instalaciones se vincularon a GMVA: el Telescopio de Groenlandia y ALMA, del cual ESO es socio. ALMA consta de 66 antenas en el desierto chileno de Atacama y desempeñó un papel clave en estas observaciones. Los datos recopilados por todos estos telescopios en todo el mundo se combinan mediante una técnica llamada interferometría, que sincroniza las señales tomadas por cada instalación individual. Pero para capturar correctamente la forma real de un objeto astronómico, es importante que los telescopios estén repartidos por toda la Tierra. La mayoría de los telescopios de GMVA están alineados de este a oeste, por lo que la adición de ALMA en el hemisferio sur resultó esencial para capturar esta imagen del chorro y la sombra del agujero negro de M87. «Gracias a la ubicación y la sensibilidad de ALMA, pudimos revelar la sombra del agujero negro y ver más profundamente la emisión del chorro al mismo tiempo», explica Lu.
Las observaciones futuras con esta red de telescopios seguirán revelando cómo los agujeros negros supermasivos pueden lanzar poderosos 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», dice Eduardo Ros del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Tales observaciones simultáneas permitirían al equipo desentrañar los complicados procesos que ocurren cerca del agujero negro supermasivo. «Los próximos años serán emocionantes, ya que podremos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del Universo», concluye Ros.
