Un equipo de astrónomos obtiene una imagen de los campos magnéticos presentes en los límites del agujero negro de M87
24 de Marzo de 2021, Madrid
La colaboración EHT (Event Horizon Telescope, telescopio del horizonte de sucesos), que produjo la primera imagen de un agujero negro, ha revelado hoy cómo se ve con luz polarizada el enorme objeto que hay en el centro de la galaxia Messier 87 (M87). Es la primera vez que los astrónomos son capaces de medir la polarización (una huella que dejan los campos magnéticos) tan cerca del borde de un agujero negro. Las observaciones son clave para explicar cómo la galaxia M87, situada a 55 millones de años luz de distancia, es capaz de lanzar chorros energéticos desde su núcleo.
“Lo que vemos es la siguiente evidencia crucial para entender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región muy compacta del espacio puede generar potentes chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia”, afirma Monika Mościbrodzka, Coordinadora del Grupo de Trabajo de Polarimetría del EHT y Profesora Adjunta en la Universidad Radboud (Países Bajos).
El 10 de abril de 2019, un equipo de científicos publicó la primera imagen de un agujero negro, revelando una estructura brillante similar a un anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Desde entonces, la colaboración EHT ha profundizado en los datos recopilados en 2017 sobre el objeto supermasivo que se encuentra en el corazón de la galaxia M87. Han descubierto que una fracción significativa de la luz que hay alrededor del agujero negro M87 está polarizada.
“Este trabajo es un hito importante: la polarización de la luz lleva información que nos permite entender mejor la física que hay 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 en la Universidad de Valencia (España). Añade que “la presentación de esta nueva imagen de luz polarizada requirió años de trabajo debido a las complejas técnicas implicadas en la obtención y análisis de los datos”.
La luz se polariza cuando pasa por ciertos filtros, como las lentes de las gafas de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones calientes del espacio donde hay campos magnéticos. Del mismo modo en que las gafas de sol polarizadas nos ayudan a ver mejor reduciendo los reflejos y el deslumbramiento que provocan las superficies brillantes, los astrónomos pueden obtener una visión más precisa de la región que hay alrededor del agujero negro estudiando cómo se polariza la luz que se origina en ella. En concreto, la polarización permite a los astrónomos mapear las líneas de campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.
Según Andrew Chael, miembro de la colaboración EHT e Investigador Fellow NASA Hubble en el Centro para Ciencias Teóricas de Princeton y la Iniciativa Gravity de Princeton (EE.UU.), “Las imágenes polarizadas recién publicadas son clave para entender cómo el campo magnético permite que el agujero negro 'coma' materia y lance potentes chorros”.
Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87y se extienden al menos 5000 años luz desde su centro, son una de las características más misteriosas y energéticas de la galaxia. La mayoría de la materia que hay cerca del borde de un agujero negro acaba precipitándose en él. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son lanzadas al espacio a grandes distancias en forma de chorros.
Los astrónomos se han basado en diferentes modelos de cómo se comporta la materia cerca de este agujero negro para entender mejor el proceso. Pero todavía no saben exactamente cómo se lanzan chorros más grandes que la propia galaxia desde su región central (comparable en tamaño al Sistema Solar), ni cómo cae la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen obtenida por el EHT del agujero negro y su sombra en luz polarizada, los astrónomos han podido estudiar por primera vez la región que hay justo fuera del agujero negro, donde tiene lugar esta interacción entre la materia que fluye y la que es expulsada.
Las observaciones proporcionan nueva información sobre la estructura de los campos magnéticos que hay justo fuera del agujero negro. El equipo vio que, para explicar lo que están viendo en el horizonte de sucesos, solo encajaban los modelos teóricos que incluían gas fuertemente magnetizado.
“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos del borde del agujero negro son lo suficientemente fuertes como para tirar del gas caliente, haciendo que resista la atracción gravitatoria. Sólo el gas que se desliza a través del campo puede entrar en espiral hacia el horizonte de sucesos”, explica Jason Dexter, Profesor Adjunto 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 ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), con sede en el norte de Chile, y APEX (Atacama Pathfinder Experiment), de los que ESO (Observatorio Europeo Austral) es socio- 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.
“Con ALMA y APEX, que por su ubicación en el sur mejoran la calidad de imagen añadiendo ampliación geográfica a la red EHT, los científicos europeos han podido desempeñar un papel central en la investigación”, afirma Francisca Kemper, científica del Programa Europeo ALMA de ESO. “Con sus 66 antenas, ALMA domina la colección general de señales en luz polarizada, mientras que APEX ha sido esencial para la calibración de la imagen”.
“Los datos de ALMA también fueron cruciales para calibrar, obtener imágenes e interpretar las observaciones del EHT, proporcionando un marco restringido a los modelos teóricos que explican cómo se comporta la materia cerca del horizonte de sucesos del agujero negro”, añade Ciriaco Goddi, científico de la Universidad de Radboud y del Observatorio de Leiden (Países Bajos), quien dirigió un estudio de apoyo que se basó únicamente en observaciones de ALMA.
La configuración EHT 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 mostrando claramente que el anillo está magnetizado. Los resultados se publican hoy en dos artículos separados de la colaboración EHT en la revista The Astrophysical Journal Letters. En la investigación participaron más de 300 investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.
“El EHT está haciendo rápidos avances, se están añadiendo nuevos observatorios y se llevan a cabo actualizaciones tecnológicas. Esperamos que futuras observaciones de EHT revelen con mayor precisión la estructura del campo magnético que hay alrededor del agujero negro y nos cuenten más sobre la física del gas caliente de esta región”, concluye Jongho Park, miembro de la colaboración EHT y Fellow en la Asociación de Observatorios Principales de Asia Oriental del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, en Taipei.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en dos artículos científicos elaborados por la colaboración EHT y publicados hoy en la revista The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" y "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon". Una investigación de apoyo se presenta en el artículo científico "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" por Goddi, Martí-Vidal, Messias, y la colaboración EHT, que ha sido aceptado para su publicación en la revista The Astrophysical Journal Letters.
La colaboración EHT involucra a más de 300 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y América del Sur. Esta colaboración internacional trabaja para captar las imágenes más precisas jamás obtenidas de agujeros negros mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una considerable inversión internacional, el EHT vincula diversos telescopios utilizando sistemas novedosos, creando un instrumento fundamentalmente nuevo con la potencia de resolución angular más alta que se ha logrado nunca.
Los telescopios individuales involucrados son: ALMA, APEX, el Telescopio de 30 metros del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM); el Observatorio IRAM NOEMA; el JCMT (Telescopio James Clerk Maxwell); el Gran Telescopio Milimétrico (GTM); el Conjunto Submilimétrico (SMA); el Telescopio Submilimétrico (SMT); el Telescopio del Polo Sur (SPT); el Telescopio Kitt Peak; y el Telescopio de Groenlandia (GLT).
El consorcio EHT está formado por 13 institutos: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Frankfurt, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, la Universidad de Radboud y del Observatorio Astrofísico Smithsoniano.
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de potentes instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel promoviendo y organizando la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el CTA Sur (Cherenkov Telescope Array South), el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. ESO también es socio principal de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST, Ministry of Science and Technology), y por el NINS en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.
El grupo de investigación BlackHoleCam recibió, en 2013, una Synergy Grant del Consejo Europeo de Investigación (ERC) dotada con 14 millones de euros. Los investigadores principales son Heino Falcke, Luciano Rezzolla y Michael Kramer y los institutos asociados son JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bolonia, SKA y ESO. BlackHoleCam forma parte de la colaboración del Telescopio de Horizonte de Sucesos (EHT, Event Horizon Telescope).
Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
Enlaces
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Centro de Astrobiología (INTA-CSIC)
Madrid, España
Tlf.: (+34) 918131196
Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tlf.: +31-24-36-52485
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Burjassot, València, Spain
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Princeton, New Jersey, USA
Jason Dexter
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Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
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Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tlf.: +31 (0)6 84526627
Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Tlf.: +31-521-596515
Móvil: +31-62120 1419
Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Móvil: +1 (510) 847-1722
Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
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