Telescopios de la NASA apoyan en el estudio del agujero negro de la Vía Láctea

Mientras el Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT, por sus siglas en inglés) recopilaba datos para su extraordinaria nueva imagen del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, una legión de otros telescopios, incluidos tres observatorios de rayos X de la NASA en el espacio, también estaba observando.

Los astrónomos están utilizando estas observaciones para aprender más sobre cómo el agujero negro en el centro de la galaxia de la Vía Láctea, conocido como Sagitario A * (Sgr A *, por su abreviatura), interactúa con su entorno y se alimenta de él, a unos 27.000 años luz de la Tierra.

El panel principal de este gráfico contiene datos de rayos X de Chandra (en azul) que muestran el gas caliente que fue expulsado de estrellas masivas cercanas al agujero negro. Dos imágenes de luz infrarroja en diferentes longitudes de onda captadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA muestran estrellas (en naranja) y gas frío (en púrpura). Estas imágenes se encuentran a siete años luz de distancia de Sgr A*. El recuadro muestra la nueva imagen del EHT, que sólo tiene una extensión de 1,8 x 10-5 años luz (0,000018 años luz, o unos 10 minutos luz). (Crédito: Rayos X: NASA/CXC/SAO; IR: NASA/HST/STScI. Recuadro: Radio (Colaboración EHT))

Cuando el EHT observó a Sgr A * en abril de 2017 para obtener la nueva imagen, los científicos en esta colaboración también observaron el mismo agujero negro desde instalaciones que detectan diferentes longitudes de ondas de luz. En esta campaña de observación de diferentes longitudes de onda se reunieron datos de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el Telescopio Espectroscópico Nuclear (NuSTAR, por sus siglas en inglés) y el Observatorio Neil Gehrels Swift; datos de radio de la red de radiotelescopios Very Long-Baseline Interferometer (VLBI) de Asia oriental y la red global de VLBI de 3 milímetros; y datos de infrarrojo del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral en Chile.

«El Telescopio del Horizonte de Eventos ha captado otra imagen notable, esta vez del agujero negro gigante en el centro de nuestra propia galaxia», dijo el administrador de la NASA, Bill Nelson. «Observar de forma más exhaustiva este agujero negro nos ayudará a aprender más sobre sus efectos cósmicos en su entorno, y ejemplifica la colaboración internacional que nos conducirá al futuro y nos revelará descubrimientos que nunca podríamos haber imaginado.»

Un objetivo importante era atrapar las fulguraciones de rayos X, que se cree que son regidas por procesos magnéticos similares a los que se ven en el Sol, pero pueden ser decenas de millones de veces más potentes. Estas fulguraciones ocurren aproximadamente a diario en el área del cielo observada por el EHT, una región ligeramente más grande que el horizonte de eventos de Sgr A *, que es el punto de no retorno para la materia que cae adentro. Otro objetivo era obtener una visión crítica de lo que sucede a mayor escala. Si bien el resultado de EHT muestra sorprendentes similitudes entre Sgr A* y el agujero negro anterior que capturó en una imagen, el M87*, la imagen más amplia es mucho más compleja.

“Si la nueva imagen de EHT nos muestra el ojo del huracán de un agujero negro, entonces estas observaciones de múltiples longitudes de onda revelan vientos y lluvias equivalentes a cientos o incluso miles de millas más allá”, dijo Daryl Haggard, de la Universidad McGill en Montreal, Canadá, quien es una de las científicas principales de la campaña de diferentes longitudes de onda. “¿Cómo interactúa esta tormenta cósmica con su entorno galáctico, e incluso lo interrumpe?”.

Una de las mayores preguntas en curso que rodean a los agujeros negros es exactamente cómo recolectan, ingieren o incluso expulsan el material que los orbita a una velocidad cercana a la de la luz, en un proceso conocido como “acreción”. Este proceso es fundamental para la formación y el crecimiento de planetas, estrellas y agujeros negros de todos los tamaños, en todo el universo.

Las imágenes de Chandra que muestran gas caliente alrededor de Sgr A * son cruciales para los estudios de acreción porque nos indican cuánto material de las estrellas cercanas es capturado por la gravedad del agujero negro, así como cuánto logra abrirse camino cerca del horizonte de eventos. Esta información crítica no está disponible con los telescopios actuales para ningún otro agujero negro en el universo, incluido M87*.

“Los astrónomos pueden estar de acuerdo en gran medida en lo básico: que los agujeros negros tienen material arremolinado a su alrededor y parte de él cae a través del horizonte de eventos para siempre”, dijo Sera Markoff, de la Universidad de Ámsterdam en los Países Bajos, otra coordinadora de las observaciones de diferentes longitudes de onda. “Con todos los datos que hemos recopilado para Sgr A*, podemos ir mucho más allá de esta imagen básica”.

Los científicos de esta gran colaboración internacional compararon los datos de las misiones de alta energía de la NASA y los otros telescopios con modelos computacionales de última generación que tienen en cuenta factores como la teoría general de la relatividad de Einstein, los efectos de los campos magnéticos y las predicciones de cuánta radiación debería generar el material alrededor del agujero negro en diferentes longitudes de onda.

La comparación de los modelos con estas mediciones da pistas de que el campo magnético alrededor del agujero negro es fuerte y que el ángulo entre la línea de visión del agujero negro y su eje de giro es bajo, menos de unos 30 grados. Si se confirma, esto significa que desde nuestro punto de vista estamos mirando hacia abajo por encima de Sgr A * y su anillo, más de lo que estamos de lado, que es similar al primer objetivo de M87 * tomado por EHT.

“Ninguno de nuestros modelos coincide perfectamente con los datos, pero ahora tenemos información más específica para trabajar”, dijo Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. “Cuanto más datos tengamos, más precisos serán nuestros modelos y, en última instancia, nuestra comprensión de la acreción de los agujeros negros”.

Los investigadores también lograron detectar fulguraciones de rayos X, o erupciones, de Sgr A * durante las observaciones de EHT: una débil vista con Chandra y Swift, y una vista moderadamente brillante con Chandra y NuSTAR. Las fulguraciones de rayos X con un brillo similar a este último se observan regularmente con Chandra, pero esta es la primera vez que el EHT observa a Sgr A * simultáneamente, ofreciendo una oportunidad extraordinaria para identificar el mecanismo responsable utilizando imágenes reales.

La intensidad y variabilidad de las ondas milimétricas observadas con EHT aumentan en las pocas horas inmediatamente posteriores a la fulguración de rayos X más brillante, un fenómeno no visto en las observaciones milimétricas unos días antes. El análisis y la interpretación de los datos de EHT inmediatamente después de la fulguración se informarán en futuras publicaciones.

Los resultados del equipo de EHT se publican hoy en una edición especial de The Astrophysical Journal Letters. Los resultados de las diferentes longitudes de onda se describen principalmente en los documentos II y V.

El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

El centro Goddard gestiona la misión del observatorio Swift en colaboración con la Universidad Penn State, el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México y los Sistemas Espaciales Northrop Grumman en Dulles, Virginia. Otros socios son la Universidad de Leicester y el Laboratorio de Ciencias del Espacio Mullard en el Reino Unido, el Observatorio Brera en Italia y la Agencia Espacial Italiana.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California administra NuSTAR para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. Los socios y contribuyentes de la misión son la Universidad Técnica Danesa, la Agencia Espacial Italiana, la Universidad de Columbia, el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Orbital Sciences Corp., la Universidad de California en Berkeley y el Centro de Investigación del Archivo Científico de Astrofísica de Alta Energía de la NASA.

 

Megan Watzke
Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.