Staff/Rossi

• Se observan los campos magnéticos en el borde del agujero negro de la galaxia M87

El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), operado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), forma parte de la colaboración internacional que logró estos resultados.

La colaboración del Telescopio Horizonte de Eventos (EHT), que produjo la primera imagen de un agujero negro, publicada en 2019, presenta hoy una nueva perspectiva del objeto masivo en el centro de la galaxia M87: su imagen en luz polarizada.

“Estos nuevos estudios de la estructura del campo magnético nos ayudarán a comprender mejor la conexión física entre el agujero negro supermasivo giratorio en M87 y el enorme y poderoso chorro, observado en otras longitudes de onda, que cruza la galaxia elíptica”, expone David Hughes, Director del GTM e investigador del INAOE.

La colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT), que produjo la primera imagen de un agujero negro, ha revelado hoy una nueva vista del objeto masivo en el centro de la galaxia M87: cómo se ve en luz polarizada. Se trata de la primera vez que los astrónomos han podido medir polarización, la “firma” de los campos magnéticos, tan cerca del borde de un agujero negro. Las observaciones son clave para explicar cómo la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia, puede lanzar chorros de material muy energéticos desde su núcleo.

“Estamos viendo una evidencia única para comprender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región tan compacta del espacio puede impulsar poderosos chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia”, dice Monika Mościbrodzka, coordinadora del grupo de trabajo de polarimetría del EHT y profesora asistente en la Universidad de Radboud (Países Bajos).

El 10 de abril de 2019 se publicó la primera imagen de un agujero negro, revelando una estructura brillante en forma de anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Desde entonces, la colaboración EHT ha profundizado en los datos sobre el objeto supermasivo en el corazón de la galaxia M87, recopilados en 2017, y han descubierto que una fracción significativa de la luz alrededor del agujero negro M87 está polarizada.

“Este trabajo es un hito importante: la polarización de la luz transporta información que nos permite comprender mejor la física detrás de la imagen que vimos en abril de 2019, algo que antes no era posible –explica Iván Martí-Vidal, también coordinador del grupo de trabajo de polarimetría del EHT e Investigador Distinguido GenT de la Universitat de València–. Revelar esta nueva imagen en luz polarizada ha requerido años de trabajo debido a las complejas técnicas involucradas en la obtención y análisis de los datos”

La luz se polariza cuando atraviesa ciertos filtros, como las lentes de las gafas de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones calientes y magnetizadas del espacio. De la misma manera que las gafas de sol polarizadas nos ayudan a ver mejor al reducir los reflejos y el resplandor de las superficies brillantes, los astrónomos pueden agudizar su visión de la región alrededor del agujero negro al observar cómo se polariza la luz que se origina allí. Específicamente, la polarización permite a los astrónomos cartografiar las líneas de campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.

“Las imágenes polarizadas recientemente publicadas son clave para comprender cómo el campo magnético permite que el agujero negro “coma” materia y lance poderosos chorros”, apunta Andrew Chael, miembro de la colaboración de EHT e investigador del Centro Princeton de Ciencia Teórica (EE. UU.).

Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87 y se extienden al menos hasta cinco mil años luz de su centro son una de las características más misteriosas y enérgicas de la galaxia. La mayor parte de la materia que se encuentra cerca del borde de un agujero negro cae dentro. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son expulsadas al espacio en forma de chorros.

El equipo investigador se ha basado en diferentes modelos de cómo se comporta la materia cerca del agujero negro para comprender mejor este proceso. Pero todavía no saben exactamente cómo se propulsan chorros más extensos que la propia galaxia desde su región central, tan pequeña en tamaño como el Sistema Solar, ni cómo cae exactamente la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen del EHT en luz polarizada, los astrónomos han logrado atisbar por primera vez la región límite del agujero negro donde ocurre esta interacción entre la materia que fluye hacia adentro y la expulsada.

Las observaciones proporcionan información nueva sobre la estructura de los campos magnéticos en el borde del agujero negro. El equipo descubrió que solo los modelos teóricos con gas fuertemente magnetizado pueden explicar lo que están viendo en el horizonte de eventos.

“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos en el borde del agujero negro son lo suficientemente intensos como para retener el gas caliente y ayudarlo a resistir la atracción de la gravedad. Solo el gas que se desliza a través del campo puede girar en espiral hacia el horizonte de eventos”, explica Jason Dexter, profesor asistente de la Universidad de Colorado Boulder (EE. UU.) y coordinador del grupo de trabajo de teoría del EHT.

Para observar el corazón de la galaxia M87, la colaboración vinculó ocho telescopios de todo el mundo, entre ellos el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), operado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), para crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. La impresionante resolución obtenida con el EHT es equivalente a la necesaria para medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna.

Esto permitió al equipo observar directamente la sombra del agujero negro y el anillo de luz a su alrededor, con la nueva imagen de luz polarizada que muestra claramente que el anillo está magnetizado. Los resultados se publican hoy en dos artículos separados en The Astrophysical Journal Letters por la colaboración EHT. La investigación involucró a más de trescientos investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.

“Estos nuevos estudios de la estructura del campo magnético nos ayudarán a comprender mejor la conexión física entre el agujero negro supermasivo giratorio en M87 y el enorme y poderoso chorro, observado en otras longitudes de onda, que cruza la galaxia elíptica – expone David Hughes, Director del GTM e investigador del INAOE-. Esperamos realizar estudios similares de VLBI en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas de otros núcleos galácticos activos en el futuro utilizando un aumento en la resolución angular y la sensibilidad del EHT, a medida que continuamos con el desarrollo tecnológico de este arreglo. El Gran Telescopio Milimétrico tendrá un papel importante en la evolución del EHT debido al tamaño físico de su reflector primario, el sitio de gran altitud del Volcán Sierra Negra y su ubicación geográfica”.

“El EHT está haciendo avances rápidos, con actualizaciones tecnológicas que se están realizando en la red y la suma de nuevos observatorios. Esperamos que las futuras observaciones del EHT revelen con mayor precisión la estructura del campo magnético alrededor del agujero negro y nos digan más sobre la física del gas caliente en esta región”, concluye Jongho Park, miembro de la colaboración de EHT e investigador de la Academia Sinica (Instituto de Astronomía y Astrofísica de Taipéi).

Información adicional

Esta investigación se presenta en dos artículos principales y uno complementario publicados hoy en The Astrophysical Journal.

La colaboración EHT consta de más de trescientos investigadores en África, Asia, Europa, Norte- y Sudamérica. Esta colaboración tiene como objetivo principal obtener las imágenes más detalladas de los agujeros negros jamás obtenidas mediante un telescopio virtual del tamaño de nuestro planeta. Contando con numerosa financiación internacional, el EHT conecta telescopios disponibles con nuevos métodos, creando así un instrumento fundamentalmente nuevo con la mayor resolución angular jamás obtenida en astronomía.

Los telescopios participantes son: ALMA, APEX, el telescopio de 30 metros de IRAM, el Observatorio NOEMA de IRAM, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (LMT), the Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio de Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT).

El consorcio del EHT está configurado por trece institutos fundadores: el Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el East Asian Observatory, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio de Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, y el Observatorio Astronómico Smithsoniano.

El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es una colaboración entre el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y la Universidad de Massachusetts-Amherst, financiado con recursos del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de México y la Fundación Nacional de Ciencia de los EE. UU.