Así es como se ve la sombra del agujero negro cuando se proyecta sobre el poderoso chorro relativista que emana del centro de la radiogalaxia.
Esta es la sombra del agujero negro proyectada sobre su estallido de energía pura. Crédito de la imagen: Universidad Aalto
Un equipo internacional de científicos, incluidos investigadores de la Universidad Aalto, utilizó nuevas observaciones de longitud de onda milimétrica para producir una imagen que muestra, por primera vez, tanto la estructura en forma de anillo que revela la materia que cae en el centro agujero negro y el poderoso chorro relativista en la prominente radiogalaxia Messier 87.
La imagen subraya por primera vez la conexión entre el flujo de acreción cerca del agujero negro supermasivo central y el origen del chorro.
Impresión artística del centro de una galaxia activa como M87. La materia fluye a lo largo de un disco hacia el agujero negro central, mientras que parte de la materia se acelera a lo largo de un chorro enfocado. Crédito de la imagen: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Las nuevas observaciones se obtuvieron con el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), complementado con el Phased Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Greenland Telescope (GLT). La adición de estos dos observatorios ha mejorado enormemente las capacidades de generación de imágenes del GMVA. Los resultados se publican en la edición actual de Nature.
«Anteriormente, habíamos visto tanto el agujero negro como el chorro en imágenes separadas, pero ahora hemos tomado una imagen panorámica del agujero negro junto con su chorro en una nueva longitud de onda», dice. Ru Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghai, quien también dirige un Grupo de Investigación Max Planck en la Academia de Ciencias de China.
Se cree que el material circundante cae en el agujero negro en un proceso conocido como acreción, pero nadie lo ha captado nunca directamente.
“El anillo que hemos visto antes se hace más grande y más grueso a una longitud de onda de observación de 3,5 mm. Esto muestra que el material que cae en el agujero negro produce una emisión adicional que ahora se observa en la nueva imagen. Esto nos da una visión más completa de los procesos físicos que actúan cerca del agujero negro”, añadió.
Chorro de electrones y partículas subatómicas impulsado por un agujero negro que se transmite desde Galaxy M87. Crédito de la imagen: NASA y The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
La participación de ALMA y GLT en las observaciones de GMVA y el aumento resultante en la resolución y sensibilidad de esta red intercontinental de telescopios ha hecho posible obtener imágenes de la estructura en forma de 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 microarcosegundos, que corresponde al tamaño de un pequeño anillo de luz para selfies (5 pulgadas/13 cm) visto por un astronauta en la Luna mirando hacia la Tierra. Este diámetro es un 50 por ciento más grande que lo que se vio en las observaciones del Event Horizon Telescope a 1,3 mm, de acuerdo con las expectativas de emisión de plasma relativista en esta región.
‘Con las capacidades de generación de imágenes muy mejoradas al agregar ALMA y GLT a las observaciones de GMVA, hemos ganado una nueva perspectiva. De hecho, vemos el chorro de tres crestas que conocíamos de las observaciones anteriores de VLBI «, dice Tomas Krichbaum del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn.
«Pero ahora podemos ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central y podemos medir el diámetro del anillo también en otra longitud de onda (más larga)».
El radiotelescopio de 14 metros del Radio Observatorio Metsähovi de la Universidad Aalto fue una de las estaciones que recopiló datos para la nueva imagen.
Tuomas Savolainencientífico sénior de la Universidad de Aalto y coautor del artículo, dice que el Radio Observatorio de Metsähovi ha participado en las campañas de medición de GMVA durante más de una década y en las observaciones de VLBI a 3,5 mm en general desde mediados de la década de 1990.
«Nuestro radiotelescopio en Metsähovi fue una de las cinco estaciones en Europa que participaron en estas observaciones en 2018. No hay tantas antenas capaces de realizar mediciones en una longitud de onda de 3,5 mm, lo que hace que los datos recopilados en Metsähovi sean valiosos», dice.
“La imagen del Event Horizon Telescope muestra la sombra del agujero negro en M87, pero esas observaciones no pudieron detectar el chorro más débil y extendido debido a la pequeña cantidad de telescopios que participaron en ellas. Incluso hay menos telescopios capaces de observar a una longitud de onda de 1,3 mm que telescopios que observan a 3,5 mm», dice Savolainen.
La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones altamente energéticos y campos magnéticos, un fenómeno llamado radiación de sincrotrón. Las nuevas observaciones, a una longitud de onda de 3,5 mm, revelan más detalles sobre la ubicación y la energía de estos electrones.
También nos dicen algo sobre la naturaleza del propio agujero negro: no tiene mucha hambre. Consume materia a un ritmo bajo, convirtiendo solo una pequeña fracción en radiación. Keiichi Asada del Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sínica explica:
‘Para comprender el origen físico del anillo más grande y más grueso, tuvimos que usar simulaciones por computadora para probar diferentes escenarios. Como resultado, llegamos a la conclusión de que la mayor extensión del anillo está asociada con el flujo de acreción.’
kazuhiro hada del Observatorio Astronómico Nacional de Japón agrega: ‘También encontramos algo sorprendente en nuestros datos: la radiación de la región interna cercana al agujero negro es más amplia de lo que esperábamos. Esto podría significar que hay algo más que gas cayendo. También podría haber un viento que sopla, causando turbulencia y caos alrededor del agujero negro.
La búsqueda para aprender más sobre Messier 87 no ha terminado, ya que más observaciones y una flota de poderosos telescopios continúan descubriendo sus secretos.
«Observaciones futuras en longitudes de onda milimétricas estudiarán la evolución temporal del agujero negro M87 y proporcionarán una vista policromática del agujero negro con imágenes de múltiples colores en luz de radio», dice Parque Jong Ho del Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea.
Algunas de estas nuevas observaciones se llevarán a cabo esta primavera y el Radio Observatorio de Metsähovi volverá a participar en ellas.
‘3,5 mm es la longitud de onda más corta en la que operamos en este momento, y esas observaciones requieren buenas condiciones climáticas secas. Afortunadamente, el clima en abril suele ser bueno aquí. En un par de años obtendremos un nuevo receptor para nuestro telescopio que permitirá hacer observaciones simultáneamente en una amplia gama de longitudes de onda’, dice Kirves de Petriingeniero de operaciones del radioobservatorio de Metsähovi.
‘Entonces podremos corregir mejor las distorsiones en los datos causadas por la atmósfera y obtener imágenes de mayor calidad’.
Fuente: Universidad Aalto
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