Primera imagen directa de un agujero negro expulsando un potente chorro
26 de Abril de 2023
Por primera vez, un equipo de astrónomos ha observado, en la misma imagen, la sombra del agujero negro del centro de la galaxia Messier 87 (M87) y el potente chorro expulsado. Las observaciones se realizaron en 2018 con telescopios del Global Millimetre VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual ESO es socio, y el Telescopio de Groenlandia (GLT). Gracias a esta nueva imagen, la comunidad astronómica puede comprender mejor cómo pueden lanzar los agujeros negros chorros tan energéticos.
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 poderosos chorros de materia que se extienden más allá de las galaxias en las que viven. Comprender cómo los agujeros negros crean chorros tan enormes es una incógnita desde hace mucho tiempo en astronomía. "Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros, dice Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghai, en China, "pero, en realidad, todavía no entendemos del todo cómo sucede. Para estudiarlo directamente necesitamos observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro".
Precisamente, la nueva imagen publicada hoy, lo muestra por primera vez: cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. El objetivo es la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia en nuestro vecindario cósmico, 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 ambos 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 el Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania.
La imagen se obtuvo con el GMVA, ALMA y el GLT, formando una red global de radiotelescopios que han trabajado juntos como un telescopio 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 Event Horizon Telescope (EHT) en 2017 Tanto esta nueva imagen como la del EHT combinan datos tomados con varios radiotelescopios distribuidos por todo el mundo, pero la imagen publicada hoy muestra la luz de radio emitida a una longitud de onda más larga que la del EHT: 3,5 mm en lugar de 1,3 mm. "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 de GMVA es aproximadamente un 50% mayor en comparación con la imagen del Event Horizon Telescope. "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 Sinica, 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.
Estas nuevas observaciones del agujero negro de M87 se realizaron en 2018 con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y América del Norte [1]. Además, otras dos instalaciones estaban vinculadas al GMVA: el Telescopio de Groenlandia y ALMA, del cual ESO es socio. 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 telescopios 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 telescopios estén repartidos por toda la Tierra. Los telescopios de GMVA están en su mayoría alineados de este a oeste, por lo que la adición de 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 de 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 telescopios 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.
Notas
[1] La red coreana VLBI ahora también forma parte de la GMVA, pero no participó en estas observaciones.
Información adicional
Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico "A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet", publicado en la revista Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).
El equipo está formado por: Ru-Sen Lu (Observatorio Astronómico de Shanghai, República Popular China [Shanghai]; Laboratorio Key de Radioastronomía, República Popular China [KLoRA]; Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Alemania [MPIfR]); Keiichi Asada (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, Taiwan, ROC [IoAaA]); Thomas P. Krichbaum (MPIfR); Jongho Park (IoAaA; Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea, República de Corea [KAaSSI]); Fumie Tazaki (Departamento de Desarrollo de Tecnologías de Simulación, Tokyo Electron Technology Solutions Ltd., Japón; Observatorio VLBI Mizusawa, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón [Mizusawa]); Hung-Yi Pu (Departamento de Física, Universidad Normal Nacional de Taiwán, Taiwán, ROC; IoAaA; Centro de Astronomía y Gravitación, Universidad Normal Nacional de Taiwán, Taiwán, ROC); Masanori Nakamura (Instituto Nacional de Tecnología, Hachinohe College, Japón; IoAaA); Andrei Lobanov (MPIfR); Kazuhiro Hada (Mizusawa; Departamento de Ciencias Astronómicas, The Graduate University for Advanced Studies, Japón); Kazunori Akiyama (Iniciativa Black Hole de la Universidad de Harvard, EE.UU.; Observatorio Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts, EE.UU. [Haystack]; Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón [NAOoJ]); Jae-Young Kim (Departamento de Astronomía y Ciencias Atmosféricas, Universidad Nacional de Kyungpook, República de Korea; KAaSSI; MPIfR); Iván Martí-Vidal (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad de Valencia, España; Observatorio Astronómico, Universidad de Valencia, España); José L. Gómez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, España [IAA]); Tomohisa Kawashima (Instituto para la Investigación en Rayos Cósmicos, The University of Tokyo, Japón); Feng Yuan (Shanghai; Laboratorio Key para la Investigación en Galacias y Cosmología, Academia de Ciencias de China, República Popular China; Escuela de Astronomía y Ciencias Espaciales, Universidad de la Academia de Ciencias China, República Popular China [SoAaSS]); Eduardo Ros (MPIfR); Walter Alef (MPIfR); Silke Britzen (MPIfR); Michael Bremer (Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Francia [IRAMF]); Avery E. Broderick (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Waterloo, Canadá [Waterloo]; Centro de Astrofísica de Waterloo, Universidad de Waterloo, Canadá; Instituto Perimeter de Física Teórica, Canadá); Akihiro Doi (Instituto de Ciencias Espaciales y Aeronáutica, Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa, Japón; Departamento de Ciencias Espaciales y Astronáutica, SOKENDAI, Japón [SOKENDAI]); Gabriele Giovannini (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Bolonia, Italia; Instituto de Radio Astronomía, INAF, Bolonia, Italia, [INAF]); Marcello Giroletti (INAF); Paul T. P. Ho (IoAaA); Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Departamento de Astronomía, La Universidad de Tokio, Japón); David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, México); Makoto Inoue (IoAaA); Wu Jiang (Shanghai); Motoki Kino (NAOoJ; Universidad Kogakuin de Tecnología e Ingeniería, Japón); Shoko Koyama (Universidad de Niigata, Japón; IoAaA); Michael Lindqvist (Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, Universidad Chalmers de Tecnología, Suecia [Chalmers]); Jun Liu (MPIfR); Alan P. Marscher (Instituto para la Investigación en Astrofísica, Universidad de Boston, EE.UU.); Satoki Matsushita (IoAaA); Hiroshi Nagai (NAOoJ; SOKENDAI); Helge Rottmann (MPIfR); Tuomas Savolainen (Departamento de Electrónica y Nanoingeniería, Universidad de Aalto, Finlandia; Radio Observatorio de Metsähovi, Finlandia [Metsähovi]; MPIfR); Karl-Friedrich Schuster (IRAMF); Zhi-Qiang Shen (Shanghai; KLoRA); Pablo de Vicente (Observatorio de Yebes, Spain [Yebes]); R. Craig Walker (Observatorio Nacional de Radioastronomía, Socorro, EE.UU.); Hai Yang (Shanghai; SoAaSS); J. Anton Zensus (MPIfR); Juan Carlos Algaba (Departamento de Física, Universidad Malaya, Malasia); Alexander Allardi (Universidad de Vermont, EE.UU.); Uwe Bach (MPIfR); Ryan Berthold (Observatorio de Asia del Este, EE.UU. [EAO]); Dan Bintley (EAO); Do-Young Byun (KAaSSI; Universidad de Ciencia y Tecnología, Daejeon, República de Corea); Carolina Casadio (Instituto de Astrofísica, Heraklion, Grecia; Departamento de Física, Universidad de Creta, Grecia); Shu-Hao Chang (IoAaA); Chih-Cheng Chang (Instituto Nacional Chung-Shan de Ciencia y Tecnología, Taiwán, ROC [Chung-Shan]); Song-Chu Chang (Chung-Shan); Chung-Chen Chen (IoAaA); Ming-Tang Chen (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, EE.UU. [IAAAS]); Ryan Chilson (IAAAS); Tim C. Chuter (EAO); John Conway (Chalmers); Geoffrey B. Crew (Haystack); Jessica T. Dempsey (EAO; Astron, Países Bajos [Astron]); Sven Dornbusch (MPIfR); Aaron Faber (Universidad del Oeste, Canadá); Per Friberg (EAO); Javier González García (Yebes); Miguel Gómez Garrido (Yebes); Chih-Chiang Han (IoAaA); Kuo-Chang Han (Centro de Desarrollo de Sistemas, Instituto Nacional Chung-Shan de Ciencia y Tecnología, Taiwán, ROC); Yutaka Hasegawa (universidad Metropolitana de Osaka, Japón [Osaka]); Rubén Herrero-Illana (Observatorio Europeo Austral, Chile); Yau-De Huang (IoAaA); Chih-Wei L. Huang (IoAaA); Violette Impellizzeri (Observatorio de Leiden, Países Bajos; Observatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville, EE.UU. [NRAOC]); Homin Jiang (IoAaA); Hao Jinchi (División de Investigación en sistemas Electrónicos, Instituto Nacional Chung-Shan de Ciencia y Tecnología, Taiwán, ROC); Taehyun Jung (KAaSSI); Juha Kallunki (Metsähovi); Petri Kirves (Metsähovi); Kimihiro Kimura (Agencia de Exploración Aeroespacial Japonesa, Japón); Jun Yi Koay (IoAaA); Patrick M. Koch (IoAaA); Carsten Kramer (IRAMF); Alex Kraus (MPIfR); Derek Kubo (IAAAS); Cheng-Yu Kuo (Universidad Nacional Sun Yat-Sen, Taiwán, ROC); Chao-Te Li (IoAaA); Lupin Chun-Che Lin (Departamento de Física, Universidad Nacional Cheng Kung, Taiwán, ROC); Ching-Tang Liu (IoAaA); Kuan-Yu Liu (IoAaA); Wen-Ping Lo (Departamento de Física, Universidad Nacional de Taiwán, Taiwán, ROC; IoAaA); Li-Ming Lu (Chung-Shan); Nicholas MacDonald (MPIfR); Pierre Martin-Cocher (IoAaA); Hugo Messias (Observatorio Conjunto ALMA, Chile; Osaka); Zheng Meyer-Zhao (Astron; IoAaA); Anthony Minter (Observatorio Green Bank, EE.UU.); Dhanya G. Nair (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile); Hiroaki Nishioka (IoAaA); Timothy J. Norton (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, EE.UU. [CfA]); George Nystrom (IAAAS); Hideo Ogawa (Osaka); Peter Oshiro (IAAAS); Nimesh A. Patel (CfA); Ue-Li Pen (IoAaA); Yurii Pidopryhora (MPIfR; Instituto de Astronomía Argelander, Universidad de Bonn, Alemania); Nicolas Pradel (IoAaA); Philippe A. Raffin (IAAAS); Ramprasad Rao (CfA); Ignacio Ruiz (Instituto de Radioastronomía Milimétrica, Granada, España [IRAMS]); Salvador Sánchez (IRAMS); Paul Shaw (IoAaA); William Snow (IAAAS); T. K. Sridharan (NRAOC; CfA); Ranjani Srinivasan (CfA; IoAaA); Belén Tercero (Yebes); Pablo Torne (IRAMS); Thalia Traianou (IAA; MPIfR); Jan Wagner (MPIfR); Craig Walther (EAO); Ta-Shun Wei (IoAaA); Jun Yang (Chalmers); Chen-Yu Yu (IoAaA).
Esta investigación ha hecho uso de datos obtenidos con el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), que consiste en telescopios operados por el Instituto Max-Planck de Radioastronomía (MPIfR), el Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM), el Observatorio Espacial de Onsala (OSO), el Radio Observatorio de Metsähovi (MRO), Yebes, la Red VLBI coreana (KVN), el Green Bank Telescope (GBT) y el Very Long Baseline Array (VLBA).
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 Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwan, 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.
La modernización, reconstrucción y operación del Telescopio de Groenlandia (GLT) está dirigida por la Academia Sínica, el Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA) y el Observatorio Astrofísico Smithsonian (SAO).
El Observatorio Europeo Austral (ESO) pone a disposición de la comunidad científica mundial los medios necesarios para desvelar los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de vanguardia basados en tierra -utilizados por la comunidad astronómica para abordar preguntas emocionantes y difundir la fascinación por la astronomía- y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecida como organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados 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 con Australia como socio estratégico. La sede de ESO y su planetario y centro de visitantes, el ESO Supernova, se encuentran cerca de Múnich (Alemania), mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), y telescopios de rastreo como VISTA. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. En Chajnantor, junto con socios internacionales, ESO opera ALMA, una instalación que observa los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo": el Telescopio Extremadamente Grande de ESO (ELT, Extremely Large Telescope). Desde nuestras oficinas en Santiago (Chile), apoyamos el desarrollo de nuestras operaciones en el país y nos comprometemos con los socios chilenos y con la sociedad chilena.
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