Una red de telescopios logra fotografiar la materia que emana del centro supermasivo de la galaxia Messier, situada a 55 millones de años luz de la Tierra
Lo han conseguido. Por primera vez, un equipo de astrónomos, que ha contado con la participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha observado, en una misma imagen, la sombra del agujero negro que habita en el corazón de la galaxia Messier 87 (M87) y el potente chorro de partículas que mana del monstruo galáctico. La insólita observación ha sido posible gracias a una red de telescopios terrestres formada por los telescopios del Global Millimetre VLBI Array (GMAV), el Greenland Telescope y el observatorio Atacama Large Millimeter Array. Gracias a esta nueva instantánea, la comunidad astronómica tiene la oportunidad de comprender mejor el modo en que los agujeros negros son capaces de lanzar chorros con una energía descomunal.
La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien estos objetos astronómicos son conocidos por engullir materia de su entorno, también pueden lanzar poderosos chorros o jets de materia que se extienden más allá de las galaxias en las que medran. Para la ciencia, resulta un misterio cómo se las apañan los agujeros negros para crear y eyectar estos enormes jets a velocidades próximas a la de la luz. «Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros, 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», comenta Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghái, en China.
Un agujero 6.500 millones de veces más masivo que el Sol
Precisamente, la nueva imagen, con una nitidez que haría posible distinguir una pelota de fútbol desde la Luna, ofrece valiosas pistas sobre el proceso, pues permite ver cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. En observaciones anteriores, los astrónomos habían logrado obtener fotos separadas de la región cercana al agujero negro y al chorro, pero esta es la primera vez que ambos elementos se observan conjuntamente. «Ahora, al mostrar la región que hay alrededor del agujero negro y el chorro al mismo tiempo, ya tenemos la imagen completa», precisa Jae-Young Kim, de la Universidad Nacional Kyungpook, en Corea del Sur, y el Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania.
Los científicos están emocionados por los resultados del estudio, que han sido publicados en el último número de la revista Nature. Y no es para menos: la nueva imagen aporta información notable sobre el agujero negro de M87, que es 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. Por ejemplo, se deduce que el ritmo al que está engullendo materia, proveniente del disco que lo rodea, es muy bajo. Además, la forma que toma el chorro justo en su nexo con el agujero negro es más ancha de lo esperado, según los modelos de relatividad general de que disponemos actualmente. «Podríamos estar viendo el efecto de vientos de plasma en los alrededores del agujero, que deformarían el chorro y afectarían a su propagación», afirma Iván Martí-Vidal, profesor del Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Valencia y coautor del trabajo.
M87 es una enorme galaxia elíptica situada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, visible en la constelación de Virgo.
Maravillados por su sombra
Sin duda alguna, el nuevo retrato del agujero negro de la M87 representa un importante avance en nuestra comprensión de los agujeros negros supermasivos, unos de los objetos más exóticos del universo conocido. En él, además de poder ver el chorro de materia emergiendo cerca del agujero negro, se aprecia lo que los astrónomos conocen como la sombra del agujero negro. En efecto, 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. Se genera así una estructura alrededor de él que, vista desde la Tierra, tiene la forma de un anillo. La oscuridad en el centro de este es la citada sombra del agujero negro, que fue fotografiada por primera vez por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) en 2017.
Tanto la imagen del EHT, un conjunto de telescopios vinculados telemáticamente que combinan información procedente de estaciones de interferometría de muy larga base ubicadas en diversas partes de la Tierra, como la que acaba de publicarse combinan datos tomados con varios radiotelescopios distribuidos por todo el mundo. La nueva foto, sin embargo, recoge 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», dice Thomas Krichbaum, del citado instituto Max Planck.
El chorro y la sombra del agujero negro del centro de la galaxia M87, juntos por primera vez. ESO
El agujero negro de la galaxia M87 no tiene mucha hambre
No hay que olvidar que la luz de dicho agujero negro es producida por la interacción entre electrones altamente energéticos y campos magnéticos, un fenómeno conocido como radiación sincrotrón. Las nuevas observaciones revelan detalles novedosos sobre la ubicación y la energía de estos electrones, y también introducen un aspecto nada despreciable sobre la naturaleza del propio agujero negro: no tiene mucha hambre. Así es, consume materia a un ritmo bajo, y convierte solo una pequeña fracción en radiación. Además, los nuevos datos aportan aspectos sorprendentes: la radiación de la región interna cercana al agujero negro es más amplia de lo esperado, lo que podría significar que hay algo más que gas cayendo en su interior. También podría existir un tipo de viento galáctico que produce turbulencias alrededor del agujero negro.
Por otro lado, el tamaño del anillo observado por la red GMVA es aproximadamente un 50 % mayor en comparación con la imagen del Telescopio del Horizonte de Sucesos. «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», comenta Keiichi Asada, de la Academia Sinica, en Taiwán. Los resultados del trabajo sugieren que la nueva imagen revela que hay más material cayendo hacia el agujero negro de lo que se pudo observar con la ayuda del EHT.
Los astrónomos ponen el ojo en objetos más lejanos
En los próximos años, las observaciones con esta red de telescopios continuarán desentrañando la manera en que los agujeros negros supermasivos se las apañan para escupir poderosos chorros de materia. «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», nos adelanta Eduardo Ros, del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Estas observaciones simultáneas permitirían al equipo conocer 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», explica Ros. Y en palabras de Javier González, ingeniero del Observatorio de Yebes, en Guadalajara, y cofirmante del trabajo, «en un futuro cercano será posible realizar observaciones a distintas frecuencias de forma simultánea, lo que nos permitirá estudiar agujeros negros de tamaños similares, pero situados a distancias mayores que la de M87. Lo mejor aún está por venir».
Artículo publicado por Enrique Coperías
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