Primera imagen de un agujero negro lanzando un chorro de materia

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La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien estos objetos 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. Este fenómeno es una incógnita desde hace mucho tiempo en astronomía.

"Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros, afirma Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghai (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".

Precisamente, una nueva imagen publicada este miércoles lo muestra por primera vez: cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. La protagonista 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 y el primero en ser 'fotografiado'.

“Hemos completado otro capítulo importante en el estudio de M87, al obtener el primer vistazo de cómo su agujero negro central se alimenta de su disco de acreción y lanza el chorro cósmico que se observó por primera vez hace más de un siglo”, apunta José Luis Gómez, investigador del IAA-CSIC que participa en el hallazgo.

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 (Corea del Sur) y el Instituto Max Planck de Radioastronomía (Alemania).

La imagen se obtuvo con el Global Millimetre VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Telescopio de Groenlandia (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 de la antigua estrella, así como lo que los científicos llaman la sombra del agujero negro. A medida que la materia orbita la región, se calienta y emite luz. El agujero negro se dobla y captura parte de esta luz, creando una estructura alrededor 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 aquella combinan datos tomados con varios radiotelescopios distribuidos por todo el mundo, pero la imagen publicada ahora 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.

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.

Estas nuevas observaciones de M87 se realizaron en 2018 con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y Norteamérica. Además, otras dos instalaciones estaban vinculadas al GMVA: el Telescopio de Groenlandia y ALMA, del cual ESO es socio. ALMA consta de 66 antenas en el desierto chileno de Atacama, y desempeñó un papel clave en estas observaciones. Los datos recopilados por todos estos telescopios en todo el mundo se combinan utilizando una técnica llamada interferometría, que sincroniza las señales tomadas por cada instalación individual.

Pero para captar adecuadamente la forma real de un objeto astronómico es importante que los telescopios estén repartidos por toda la Tierra. Los telescopios de GMVA están en su mayoría alineados de este a oeste, por lo que la adición de ALMA en el hemisferio sur resultó esencial para captar esta imagen del chorro y la sombra del agujero negro de M87. “Gracias a la ubicación y sensibilidad de ALMA, pudimos revelar la sombra del agujero negro y, al mismo tiempo, ver con más profundidad la emisión del chorro", explica Lu.

En el futuro, las observaciones con esta red de telescopios continuarán desentrañando cómo los agujeros negros supermasivos pueden lanzar poderosos chorros. "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", confirma Eduardo Ros, del Instituto Max Planck de Radioastronomía.

Estas observaciones simultáneas permitirían al equipo desentrañar 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", concluye Ros.