Primera imagen directa de un agujero negro expulsando un potente chorro
ALMA/DICYT Por primera vez, un equipo de astrónomos y astrónomas 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 Millimeter VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio de Groenlandia (GLT). Gracias a esta nueva imagen, la comunidad astronómica puede comprender mejor cómo los agujeros negros lanzan chorros tan energéticos.
“Anteriormente habíamos visto tanto el agujero negro como el chorro en imágenes separadas, pero ahora hemos tomado una fotografía panorámica del agujero negro junto con su chorro en una nueva longitud de onda”, dice Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghai y líder de un Grupo de Investigación Max Planck en la Academia de Ciencias de China. Se cree que el material circundante cae en el agujero negro en un proceso conocido como acreción. Pero nadie lo ha fotografiado directamente. "El anillo que hemos observado antes aparece más grande y más grueso a una longitud de onda de observación de 3,5 mm. Esto muestra que el material que cae en el agujero negro produce una emisión adicional que ahora se aprecia en la nueva imagen. Esto nos da una visión más completa de los procesos físicos que actúan cerca del agujero negro”, agregó.
La participación de ALMA y GLT en las observaciones de GMVA y el aumento resultante en la resolución y sensibilidad de esta red intercontinental de telescopios ha hecho posible obtener imágenes de la estructura en forma de anillo en M87 por primera vez en la longitud de onda de 3,5 mm. El diámetro del anillo medido por el GMVA es de 64 microarcosegundos, que corresponde al tamaño de un pequeño anillo de luz para selfies (13 cm) visto por un astronauta en la Luna mirando hacia la Tierra. Este diámetro es un 50 por ciento más grande que lo que se vio en las observaciones del Event Horizon Telescope a 1,3 mm, de acuerdo con las expectativas de emisión de plasma relativista en esta región.
"Con las capacidades de generación de imágenes muy mejoradas al agregar ALMA y GLT en las observaciones de GMVA, hemos obtenido una nueva perspectiva. De hecho, vemos el chorro de tres crestas que conocíamos de las observaciones anteriores de VLBI", dice Thomas Krichbaum del Instituto Max Planck para Radio Astronomía (MPIfR) en Bonn."Pero ahora podemos ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central y podemos medir el diámetro del anillo también en otra longitud de onda (más larga)".
"ALMA ha demostrado una vez más ser un actor clave en las observaciones de mm-VLBI. Su tamaño y ubicación geográfica se han unido a las estaciones de GMVA en todo el mundo para brindar por primera vez una visión del chorro y el flujo de acreción en M87 en una sola imagen” explica Hugo Messias, líder de observaciones VLBI en ALMA y coautor en este estudio. “Esto tiene tremendas implicaciones para nuestro conocimiento, ya que la información obtenida es más que una imagen, también nos permite inferir a qué velocidad está creciendo el agujero negro y de dónde proviene el chorro, sin embargo, es necesario observar otros casos y estudiarlos para obtener conclusiones estadísticamente representativas sobre agujeros negros y chorros, de ahí la necesidad de las observaciones VLBI anuales a las que se suma ALMA”.
La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones altamente energéticos y campos magnéticos, un fenómeno llamado radiación de sincrotrón. Las nuevas observaciones, a una longitud de onda de 3,5 mm, revelan más detalles sobre la ubicación y la energía de estos electrones. También nos dicen algo sobre la naturaleza del propio agujero negro: no tiene mucha hambre. Consume materia a un ritmo bajo, convirtiendo solo una pequeña fracción en radiación. Keiichi Asada de la Academia Sínica, Instituto de Astronomía y Astrofísica, explica: "Para comprender el origen físico del anillo más grande y más grueso, tuvimos que usar simulaciones por computadora para probar diferentes escenarios. Como resultado, concluimos que la mayor extensión del anillo está asociado con el flujo de acreción”.
Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, agrega: "También encontramos algo sorprendente en nuestros datos: la radiación de la región interna cercana al agujero negro es más amplia de lo que esperábamos. Esto podría significar que hay algo más que gas cayendo. También podría haber un viento soplando, causando turbulencia y caos alrededor del agujero negro”.
La búsqueda para aprender más sobre M87 no ha terminado, ya que más observaciones y una flota de poderosos telescopios continúan descubriendo sus secretos. "Las observaciones futuras en longitudes de onda milimétricas estudiarán la evolución temporal del agujero negro M87 y proporcionarán una vista policromática del agujero negro con imágenes de múltiples colores en luz de radio", dice Jongho Park del Instituto de Ciencias Espaciales y Astronomía de Corea. ALMA participa en una nueva campaña de observación VLBI del 12 de abril al 10 de mayo de 2023 para estudiar más a fondo M87 y otras fuentes.