Las observaciones plurianuales del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) capturan patrones de polarización en evolución alrededor del agujero negro supermasivo y revelan emisión de radio en la base de su chorro.
Estos hallazgos confirman las predicciones de Einstein sobre una sombra estable en el agujero negro, al tiempo que muestran una sorprendente turbulencia en los campos magnéticos y la formación de chorros.
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Nuevas imágenes del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) de M87* revelan cambios inesperados en la luz polarizada entre 2017 y 2021, lo que demuestra que los campos magnéticos cerca del agujero negro son dinámicos y están en evolución.
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Por primera vez, el EHT detecta una débil emisión de chorro cerca de la base del chorro relativista de M87, gracias a telescopios adicionales y una calibración mejorada.
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Desde Chile, las astrónomas e investigadoras Dra. Dhanya Nair y Dra. Silpa Sasikumar, del Núcleo Milenio TITANS que estudia agujeros negros, participaron en el análisis de estos resultados. El conjunto EHT, que opera a una longitud de onda de 1,3 mm, incluyó a los telescopios ALMA y APEX.
La colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), con una importante contribución del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), ha revelado nuevas imágenes detalladas del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. Estas muestran un entorno dinámico con patrones de polarización cambiantes cerca del agujero negro. Por primera vez en datos del EHT, los científicos también han detectado indicios de emisión de chorro extendido cerca de su base, donde se conecta con el anillo que rodea al agujero negro. Estas observaciones, publicadas hoy en Astronomy & Astrophysics, ofrecen una nueva perspectiva sobre el comportamiento de la materia y la energía en los entornos extremos que rodean a los agujeros negros.
Ubicada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, M87 alberga un agujero negro supermasivo con una masa seis mil millones de veces mayor que la del Sol. El EHT —una red global de radiotelescopios que funciona como un observatorio del tamaño de la Tierra— capturó en 2019 la icónica imagen de la sombra del agujero negro de M87, sumando en 2021 mapas de polarización. En astronomía, la polarización se refiere a la orientación de las ondas de luz, que puede revelar la estructura e intensidad de los campos magnéticos en el espacio. Ahora, al comparar observaciones de 2017, 2018 y 2021, los científicos han dado un nuevo paso para descubrir cómo cambian con el tiempo los campos magnéticos en torno al agujero negro.
Desde Chile, las astrónomas Dhanya Nair y Silpa Sasikumar, investigadoras del Núcleo Milenio TITANS, colaboraron en el análisis de estos resultados. El conjunto EHT —una red global de radiotelescopios que observa a una longitud de onda de 1,3 mm— incluyó a los observatorios ALMA y APEX, ubicados en el norte de Chile, cuya alta sensibilidad y resolución fueron claves para obtener estas nuevas imágenes.
Patrón de polarización cambiante en M87*
Entre 2017 y 2021, el patrón de polarización cambió de dirección de manera inesperada. En 2017, los campos magnéticos parecían girar en una dirección; en 2018 se estabilizaron y en 2021 se invirtieron, girando en sentido contrario. Estos cambios podrían deberse tanto a la estructura magnética intrínseca del agujero negro como a la materia interpuesta que distorsiona la polarización de la luz en su trayecto hacia la Tierra. En conjunto, estas variaciones apuntan a un entorno turbulento y en evolución, en el que los campos magnéticos desempeñan un papel crucial en la forma en que la materia cae en el agujero negro y cómo la energía se canaliza hacia el chorro que se extiende hacia el exterior. Este sorprendente comportamiento desafía los modelos actuales y subraya cuánto queda por comprender sobre los procesos cerca del horizonte de sucesos.
“Lo notable es que, aunque el tamaño del anillo se ha mantenido constante a lo largo de los años —lo que confirma la sombra del agujero negro predicha por la teoría de Einstein—, el patrón de polarización cambia de manera significativa”, afirma Paul Tiede, astrónomo del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, y codirector del nuevo estudio. “Esto nos indica que el plasma magnetizado que gira cerca del horizonte de sucesos está lejos de ser estático: es dinámico y complejo, lo que pone al límite nuestros modelos teóricos”.
“Año tras año mejoramos el EHT con telescopios adicionales e instrumentación más avanzada, nuevas ideas científicas y algoritmos innovadores para aprovechar mejor los datos”, añade el codirector Michael Janssen, profesor adjunto de la Universidad Radboud de Nimega y también afiliado al MPIfR. “En este estudio, todos estos factores se combinaron de forma armoniosa para generar nuevos resultados científicos y nuevas preguntas, que sin duda nos mantendrán ocupados durante muchos años más”.
“Chorros como el de M87 cumplen un papel fundamental en la evolución de sus galaxias anfitrionas. Al regular la formación estelar y distribuir energía a grandes distancias, influyen en el ciclo de vida de la materia a escala cósmica”, explica Eduardo Ros, del MPIfR. “Dado que el chorro de M87 emite en todo el espectro —desde ondas de radio hasta rayos gamma y neutrinos—, constituye un laboratorio único para investigar cómo se forman y desencadenan estos fenómenos extremos”.
Dos nuevos telescopios en la red EHT
Las observaciones del EHT de 2021 incorporaron dos nuevos telescopios —Kitt Peak en Arizona y NOEMA en Francia— que mejoraron la sensibilidad y la claridad de las imágenes. Esto permitió delimitar, por primera vez con el EHT, la dirección de emisión en la base del chorro relativista de M87, un haz estrecho de partículas energéticas que emana del agujero negro a velocidades cercanas a la de la luz. Las mejoras en el Telescopio de Groenlandia y el Telescopio James Clerk Maxwell también aumentaron la calidad de los datos en 2021.
“La calibración mejorada incrementó notablemente la calidad de los datos y el rendimiento del conjunto, con nuevas líneas de base cortas —entre NOEMA y los telescopios IRAM de 30 m, y entre Kitt Peak y SMT—, que proporcionan las primeras limitaciones de la emisión débil en la base del chorro”, señala Sebastiano von Fellenberg, exmiembro del MPIfR y actual becario Humboldt-Lynen en el CITA (Universidad de Toronto), especializado en la calibración del proyecto. “Este aumento de sensibilidad también mejora nuestra capacidad para detectar señales de polarización sutiles”.
Credit: EHT Collaboration | Animation: Saurabh (MPIfR)
Thomas Krichbaum, del MPIfR, comenta: “Estas observaciones plurianuales revelan la turbulencia y el dinamismo del entorno cercano al horizonte de sucesos. El siguiente paso será capturar las variaciones del anillo y del chorro con observaciones más frecuentes, idealmente en una película que muestre la cinemática aún poco conocida a escala del horizonte de sucesos”.
Estas imágenes obtenidas en varios años profundizan nuestra comprensión de uno de los entornos más extremos del Universo. Confirman las predicciones de Einstein y, al mismo tiempo, revelan nuevas complejidades en los campos magnéticos y en la formación de chorros, ofreciendo una visión sin precedentes del entorno inmediato de un agujero negro.
J. Anton Zensus, presidente fundador de la colaboración EHT y director del MPIfR, concluye: “Estos resultados ilustran el notable dinamismo que rodea a un agujero negro supermasivo. La evolución de los patrones de polarización y los primeros indicios sobre la base del chorro nos acercan a comprender la interacción entre los campos magnéticos, la acreción y el lanzamiento del chorro. También demuestran el valor de la colaboración internacional sostenida y la innovación técnica en radioastronomía, abriendo nuevas perspectivas al Universo”.
DOI del documento A&A: https://www.aanda.org/component/article?access=doi&doi=10.1051/0004-6361/202555855
