Primera imagen directa de un agujero negro expulsando un potentísimo chorro de materia

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.

eso2305a — Esta imagen muestra el chorro y la sombra del agujero negro del centro de la galaxia M87 juntos por primera vez. Las nuevas observaciones también revelaron que el anillo del agujero negro, destacado en el recuadro, es un 50% más grande que el anillo observado en longitudes de onda de radio más cortas por el Event Horizon Telescope (EHT). Esto sugiere que en la nueva imagen vemos más del material que está cayendo hacia el agujero negro de lo que podríamos ver con el EHT.

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.

eso2305b — Mientras observaban el núcleo de radio compacto de M87, un equipo de científicos ha descubierto nuevos detalles sobre el agujero negro supermasivo de la galaxia. En esta representación artística, el chorro masivo del agujero negro se ve elevándose desde el centro del agujero negro. Las observaciones en las que se basa esta ilustración representan la primera vez que el chorro y la sombra del agujero negro se han fotografiado juntos, proporcionando a la comunidad científica nuevos conocimientos sobre cómo los agujeros negros pueden lanzar estos potentes chorros. Crédito: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

El objetivo es la galaxia M87

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

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.

eso1907b — M87 es una enorme galaxia elíptica situada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, visible en la constelación de Virgo. Fue descubierta por Charles Messier en 1781, pero no se identificó como una galaxia hasta el siglo XX. Con el doble de la masa de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y con diez veces más estrellas, es una de las galaxias más grandes del universo local. Además de su enrome tamaño, M87 tiene algunas características muy singulares. Por ejemplo, contiene un número inusualmente alto de cúmulos globulares: mientras que nuestra Vía Láctea contiene menos de 200, M87 tiene unos 12.000, y algunos científicos teorizan que han sido captados de galaxias vecinas más pequeñas.

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.