Observaciones sin precedentes del famoso agujero negro de la galaxia M87

Algunos de los telescopios más poderosos del mundo han observado, simultáneamente, el agujero negro supermasivo situado en la galaxia M87, el primer agujero negro del que se obtuvieron imágenes directas.

En abril de 2019, los científicos publicaron la primera imagen de un agujero negro, ubicado en la galaxia M87, utilizando el Event Horizon Telescope, o EHT. Ahora se están publicando datos de 19 observatorios, tanto en tierra como en el espacio, que prometen brindar una visión incomparable de este agujero negro supermasivo y el sistema que lo alimenta. Estas nuevas observaciones pueden ayudar a mejorar las pruebas de la Teoría de la Relatividad General de Einstein.

En abril de 2019, los científicos publicaron la primera imagen de un agujero negro en la galaxia M87 utilizando el Event Horizon Telescope (EHT). Sin embargo, ese notable logro fue solo el comienzo de una historia científica.

Se están publicando datos de 19 observatorios que prometen brindar una visión incomparable de este agujero negro y el sistema que lo alimenta, además de mejorar las pruebas de la teoría de la relatividad general de Einstein.

“Sabíamos que la primera imagen directa de un agujero negro sería revolucionaria”, dijo Kazuhiro Hada del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, coautor de un nuevo estudio que se publica en The Astrophysical Journal Letters para describir el gran conjunto de datos. . “Pero para aprovechar al máximo esta notable imagen, necesitamos saber todo lo que podamos sobre el comportamiento del agujero negro en ese momento, mediante la observación de todo el espectro electromagnético”.

La inmensa atracción gravitatoria de un agujero negro supermasivo, puede impulsar chorros de partículas que viajan casi a la velocidad de la luz, a lo largo de grandes distancias. Los chorros de M87 producen luz que abarca todo el espectro electromagnético, desde ondas de radio hasta luz visible y rayos gamma. La intensidad de la luz en el espectro, da un patrón diferente para cada agujero negro. La identificación de este patrón aporta información crucial sobre las propiedades de un agujero negro (por ejemplo, su giro y producción de energía), aunque es complicado, ya que el patrón cambia con el tiempo.

Los científicos compensaron esta variabilidad coordinando observaciones con muchos de los telescopios más poderosos del mundo en tierra y en el espacio, recabando luz de todo el espectro. Este es el mayor estudio de observación simultánea que se ha realizado a un agujero negro supermasivo con sus chorros.

Las diferentes longitudes de onda pueden revelar características únicas de un objeto cósmico. Aquí se muestra (en longitudes de onda de todo el espectro electromagnético) un chorro de material arrojado al espacio por un agujero negro supermasivo en la galaxia M87.
Crédito: NASA / ESA / ESO / NAOJ / NRAO / CXC / EH.

Los telescopios de la NASA involucrados en este estudio de observación, incluyeron el Observatorio de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio Swift Neil Gehrels, el NuSTAR y el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma.

Comenzando con la imagen ahora icónica del EHT del M87, un nuevo video lleva a los espectadores a un viaje a través de los datos de cada telescopio. El video muestra datos en muchos factores enescala de de diez, tanto de longitudes de onda de luz como de tamaño físico. La secuencia comienza con la imagen EHT del agujero negro en M87 publicada en abril de 2019 (los datos se obtuvieron en abril de 2017). Luego se observa a través de imágenes de otros conjuntos de radiotelescopios de todo el mundo, moviéndose hacia afuera del campo de visión. (La escala del tamaño se da en años luz, en la esquina inferior derecha). A continuación, la vista cambia a telescopios que detectan luz visible (Hubble y Swift), luz ultravioleta (Swift) y rayos X (Chandra y NuSTAR). La pantalla se divide para mostrar cómo estas imágenes, que estudian el mismo punto al mismo tiempo, se comparan entre sí. La secuencia termina mostrando lo que los telescopios de rayos gamma en la superficie terrestre y el Fermi en el espacio, detectan desde este agujero negro y su chorro (o jet).

Cada telescopio ofrece un tipo de información sobre el comportamiento y el impacto del agujero negro de 6.500 millones de masas solares en el centro de M87, que se encuentra a unos 55 millones de años luz de la Tierra.

“Hay varios grupos trabajando para ver si sus modelos concuerdan con estas enriquecedoras observaciones, y estamos emocionados de ver que toda la comunidad usa este conjunto de datos públicos para ayudarnos a comprender mejor los vínculos existentes entre los agujeros negros y sus chorros, ”Dijo el coautor Daryl Haggard de la Universidad McGill en Montreal, Canadá.

Los datos fueron recopilados por un equipo de 760 científicos e ingenieros de casi 200 instituciones de 32 países o regiones, utilizando observatorios financiados por agencias e instituciones de todo el mundo. Las observaciones se desarrollaron desde finales de marzo hasta mediados de abril de 2017.

“Este increíble conjunto de observaciones incluye muchos de los mejores telescopios del mundo”, dijo el coautor Juan Carlos Algaba de la Universidad de Malaya en Kuala Lumpur, Malasia. “Este es un ejemplo maravilloso del trabajo de astrónomos unidos desde todo el planeta buscando conocimiento científico”.

Los primeros resultados muestran que la intensidad de la radiación electromagnética producida por el material alrededor del agujero negro supermasivo de M87, fue la más baja jamás vista. Esto presentó las condiciones ideales para estudiar el agujero negro desde regiones cercanas al horizonte de eventos, hasta decenas de miles de años luz de distancia.

La combinación de datos de estos telescopios y observaciones del EHT actuales (y futuras) permitirá a los científicos llevar a cabo importantes líneas de investigación en algunos de los campos de estudio más importantes y desafiantes de la astrofísica. Por ejemplo, los científicos planean utilizar estos datos para mejorar las pruebas de la teoría de la relatividad general de Einstein. Actualmente, los principales obstáculos para estas pruebas son las incertidumbres sobre el material que gira alrededor del agujero negro que se expulsa en chorros, en particular las propiedades que determinan la luz emitida.

Una cuestión relacionada que se aborda en el estudio de hoy, se refiere al origen de las partículas energéticas llamadas “rayos cósmicos”, que bombardean continuamente la Tierra desde el espacio exterior. Sus energías pueden ser un millón de veces más altas que las que se pueden producir en el acelerador de partículas más potente de la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones. Se cree que los enormes chorros lanzados desde los agujeros negros, como los que se muestran en las imágenes, son la fuente más probable de rayos cósmicos de mayor energía, pero hay muchas preguntas sobre los detalles, incluidas las ubicaciones precisas donde las partículas se aceleran. Debido a que los rayos cósmicos producen luz a través de sus colisiones, los rayos gamma de mayor energía pueden identificar esta ubicación, y el nuevo estudio indica que estos rayos gamma probablemente no se produzcan cerca del horizonte de sucesos, al menos no en 2017. Un factor clave para resolver este debate será la comparación de las observaciones de 2018 y los nuevos datos que se recopilarán esta semana.

“Comprender la aceleración de partículas es realmente fundamental para comprender tanto la imagen del EHT como los chorros, en todos sus ‘colores’”, dijo la coautora Sera Markoff, de la Universidad de Ámsterdam. “Estos chorros logran transportar la energía liberada por el agujero negro a distancias más grandes que la galaxia anfitriona. Nuestros resultados nos ayudarán a calcular la cantidad de energía transportada y el efecto que tienen los chorros del agujero negro en su entorno “.

La publicación de este nuevo tesoro de datos coincide con la observación actual del EHT en 2021, que aprovecha una gran variedad de antenas de radio a nivel mundial, la primera desde 2018. La observación del año pasado se canceló debido a la pandemia de COVID-19, y el año anterior se suspendió debido a problemas técnicos imprevistos. Esta misma semana, los astrónomos del EHT están apuntando nuevamente al agujero negro supermasivo en M87, el de nuestra galaxia (llamado Sagitario A *), junto con varios agujeros negros más distantes durante seis noches. En comparación con 2017, la matriz se ha mejorado al agregar tres radiotelescopios más: el Telescopio Greenland, el Telescopio Kitt Peak de 12 metros en Arizona y el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) en Francia.

“La publicación de estos datos, combinada con la reanudación de la observación y el EHT mejorado, sabemos que traerá muchos resultados nuevos e interesantes en el horizonte”, dijo el coautor Mislav Baloković de la Universidad de Yale.