Nuevas imágenes del pozo de oscuridad más fotogénico del Universo están proporcionando información sobre el misterioso comportamiento de un agujero negro. Por primera vez, estamos observando la fuente de un colosal chorro de plasma que sale disparado hacia el espacio desde el borde del agujero negro supermasivo M87*. También es la primera vez que vemos la sombra de un agujero negro y su chorro juntos en la misma imagen, una vista que debería ayudar a los astrónomos a descubrir cómo se generan estas corrientes gigantes de plasma.
“Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros”, dice el astrónomo Ru-Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghái en China, “pero todavía no entendemos completamente cómo sucede esto realmente. Para estudiar esto directamente, necesitamos observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro”.
Los agujeros negros, como todos sabemos, son famosos por no emitir nada que podamos detectar. Son tan densos que el espacio-tiempo se deforma en una esfera cerrada a su alrededor, de modo que ninguna velocidad en el Universo es suficiente para alcanzar la velocidad de escape. Pero el espacio justo fuera del límite de esa bola, lo que llamamos el horizonte de eventos, es otra cuestión.
Aquí hay una región de extremos, donde la gravedad reina suprema. Cualquier material cercano queda atrapado en su trampa, girando en un disco de material que se vierte en el agujero negro como el agua por un desagüe. La fricción y la gravedad calientan este material, haciéndolo brillar; eso es lo que vimos en la ahora famosa imagen de M87* publicada por primera vez en 2019, a partir de datos recopilados en 2017 por la colaboración Event Horizon Telescope (EHT).
Pero no todo el material inevitablemente se extrae más allá del horizonte de eventos. Parte de él roza el borde antes de ser lanzado al espacio desde las regiones polares del agujero negro, formando chorros que pueden viajar a un porcentaje significativo de la velocidad de la luz y perforar grandes distancias en el espacio interestelar.
Los astrónomos creen que este material se desvía del borde interior del disco a lo largo de las líneas del campo magnético fuera del horizonte de sucesos. Estas líneas de campo magnético aceleran las partículas de manera que cuando llegan a los polos son lanzadas a gran velocidad al espacio.
Eso es a grandes rasgos; los detalles son más difíciles de precisar. Sabemos que M87* tiene un chorro que alcanza los 100 000 años luz en longitudes de onda de radio, aproximadamente el diámetro de nuestra propia galaxia. Entonces, en 2018, los astrónomos usaron poderosos radiotelescopios unidos para formar el Global mm-VLBI Array (GMVA) para ver si podían capturar en detalle la región desde donde se lanzan los chorros. Recopiló datos en una longitud de onda más larga que el EHT, revelando información diferente.
“M87 se ha observado durante muchas décadas, y hace 100 años sabíamos que el chorro estaba allí, pero no podíamos ubicarlo en contexto”, dice Lu. “Con GMVA, incluidos los principales instrumentos en NRAO y GBO, estamos observando a una frecuencia más baja, por lo que vemos más detalles, y ahora sabemos que hay más detalles para ver”.
La galaxia M87 se encuentra a unos 55 millones de años luz de distancia y alberga un agujero negro supermasivo de unas 6.500 millones de veces la masa del Sol, que acumula activamente materia de un disco a su alrededor. La imagen capturada por el EHT mostró, por primera vez, la sombra de ese agujero negro, una región oscura en medio de un anillo de material brillante, distorsionado por la curvatura gravitacional del espacio-tiempo.
La nueva imagen muestra una región más amplia del espacio que la imagen EHT. Revela que la extensión del plasma alrededor de M87* es mucho mayor de lo que vemos en la imagen EHT, además de la fuente del chorro.
“La imagen EHT original reveló solo una parte del disco de acreción que rodea el centro del agujero negro. Al cambiar las longitudes de onda de observación de 1,3 milímetros a 3,5 milímetros, podemos ver más del disco de acreción, y ahora el chorro, al mismo tiempo tiempo”, dice el astrónomo Toney Minter del Observatorio Nacional de Radioastronomía. “Esto reveló que el anillo alrededor del agujero negro es un 50% más grande de lo que creíamos anteriormente”.
La nueva imagen también reveló nueva información sobre cómo se lanza el chorro desde la región del espacio alrededor del agujero negro, lo que confirma que las líneas del campo magnético juegan un papel fundamental en la eliminación del material para ser lanzado como chorros. Pero no actúan solos. Un poderoso viento emana del propio disco, impulsado por la presión de radiación. Este viento, muestra la imagen, contribuye a la creación del jet M87.
Este es un avance bastante significativo en la ciencia de los agujeros negros, pero los investigadores aún no han terminado. Hay mucho más que ver en todo el espectro de radio, y M87* ha demostrado que puede ofrecer.
“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 el astrónomo Eduardo Ros del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania. “Los próximos años serán emocionantes, ya que podremos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del Universo”.
La investigación ha sido publicada en Nature.
Fuente: Science Alert.
