Primera imagen directa de un agujero negro expulsando un potente chorro

La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien los agujeros negros son conocidos por engullir materia de su vecindad inmediata, también pueden lanzar desde sus inmediaciones poderosos chorros de materia que se extienden más allá de las galaxias en las que residen. Cómo los agujeros negros crean chorros tan enormes ha venido siendo una incógnita desde hace mucho tiempo.

Se sabe que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros, pero no ha estado claro cómo sucede. Para estudiarlo directamente, se requiere observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro.

El equipo de Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghái en China, ha logrado obtener una imagen que muestra por vez primera cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. El fenómeno se ha visto en el centro de la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años-luz de distancia de la Tierra, y hogar de un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. Las observaciones anteriores habían logrado obtener imágenes separadas de la región cercana al agujero negro y al chorro, pero esta es la primera vez que ambas se observan juntas. "Ahora, al mostrar la región que hay alrededor del agujero negro y el chorro al mismo tiempo, ya tenemos la imagen completa", agrega Jae-Young Kim, de la Universidad Nacional Kyungpook, en Corea del Sur, y del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania.

La imagen se obtuvo con los observatorios GMVA, ALMA y GLT, formando una red global de radiotelescopios que han trabajado juntos como un radiotelescopio virtual del tamaño de la Tierra. Una red tan grande puede discernir detalles muy pequeños en la región que hay 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 el agujero negro, se calienta y emite luz. El agujero negro se dobla y captura parte de esta luz, creando una estructura alrededor del agujero negro que, vista desde la Tierra, tiene forma de anillo. La oscuridad en el centro del anillo es la sombra del agujero negro, que fue fotografiada por primera vez por el EHT (Event Horizon Telescope) en 2017. Tanto esta nueva imagen como la del EHT combinan datos tomados con varios radiotelescopios distribuidos por todo el mundo, pero la nueva imagen muestra las emisiones de ondas de radio emitidas a una longitud de onda más larga que la observada por el EHT: 3,5 milímetros en vez de 1,3. "En esta longitud de onda, podemos ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central,", afirma Thomas Krichbaum, del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

El tamaño del anillo observado por la red GMVA es aproximadamente un 50% mayor en comparación con la imagen del EHT. "Para entender el origen físico del anillo más grande y grueso, tuvimos que usar simulaciones hechas por ordenador con el fin de probar diferentes escenarios", explica Keiichi Asada, de la Academia Sínica, en Taiwán. Los resultados sugieren que la nueva imagen revela que hay más material cayendo hacia el agujero negro de lo que se pudo observar con el EHT.

Esta imagen muestra juntos por vez primera al chorro y a la sombra del agujero negro del centro de la galaxia M87. Las observaciones se obtuvieron con radiotelescopios del Global Millimetre VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual ESO es socio, y el Radiotelescopio de Groenlandia. Esta imagen da a los científicos el contexto necesario para entender cómo se forma el potente chorro. Las nuevas observaciones también revelaron que el anillo del agujero negro, destacado en el recuadro, es un 50% más grande que el anillo observado en longitudes de onda de radio más cortas por el Event Horizon Telescope (EHT). Esto sugiere que en la nueva imagen vemos más del material que está cayendo hacia el agujero negro de lo que podríamos ver con el EHT. (Imagen: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO / AUI / NSF). CC BY 4.0)

Estas nuevas observaciones del agujero negro de M87 se realizaron con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y América del Norte. Además, otras dos instalaciones estaban vinculadas al GMVA: el Radiotelescopio de Groenlandia y el ALMA, del cual el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio. El 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 radiotelescopios en todo el mundo se combinan utilizando una técnica llamada interferometría, que sincroniza las señales tomadas por cada instalación individual. Pero para captar adecuadamente la forma real de un objeto astronómico es importante que los radiotelescopios estén repartidos por toda la Tierra. Los radiotelescopios de la red GMVA están en su mayoría alineados de este a oeste, por lo que la adición del ALMA en el hemisferio sur resultó esencial para captar esta imagen del chorro y la sombra del agujero negro de M87. “Gracias a la ubicación y sensibilidad del ALMA, pudimos revelar la sombra del agujero negro y, al mismo tiempo, ver con más profundidad la emisión del chorro", explica Lu.

En el futuro, las observaciones con esta red de radiotelescopios continuarán desentrañando cómo los agujeros negros supermasivos pueden lanzar poderosos chorros. "Planeamos observar la región que hay 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", confirma Eduardo Ros, del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Estas observaciones simultáneas permitirían al equipo desentrañar los complicados procesos que tienen lugar 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.

El estudio se titula “A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet”. Y se ha publicado en la revista académica Nature. (Fuente: ESO)