Observan por primera vez los campos magnéticos en el borde de un agujero negro

Detalles

La colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT), que produjo la primera imagen de un agujero negro, ha revelado hoy una nueva vista del objeto masivo en el centro de la galaxia M87: cómo se ve en luz polarizada. Se trata de la primera vez que las y los astrónomos han podido medir polarización, la “firma” de los campos magnéticos, tan cerca del borde de un agujero negro. Las observaciones son clave para explicar cómo la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia, puede lanzar chorros de material muy energéticos desde su núcleo.

“Presentamos una imagen en luz polarizada de M87*, el agujero negro supermasivo al centro de la galaxia M87”, comenta Laurent Loinard, del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM, Campus Morelia. “Es un poco como ver al agujero negro con lentes de sol. Esto permite determinar la intensidad y dirección del campo magnético a escalas del horizonte de M87*.”

“Estamos viendo una evidencia única para comprender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región tan compacta del espacio puede impulsar poderosos chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia”, dice Monika Mościbrodzka, coordinadora del grupo de trabajo de polarimetría del EHT y profesora asistente en la Universidad de Radboud (Países Bajos).

El 10 de abril de 2019 se publicó la primera imagen de un agujero negro, revelando una estructura brillante en forma de anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Desde entonces, la colaboración EHT ha profundizado en los datos sobre el objeto supermasivo en el corazón de la galaxia M87 recopilados en 2017 y han descubierto que una fracción significativa de la luz alrededor del agujero negro M87 está polarizada.

“Este trabajo es un hito importante: la polarización de la luz transporta información que nos permite comprender mejor la física detrás de la imagen que vimos en abril de 2019, algo que antes no era posible”, explica Iván Martí-Vidal, también coordinador del grupo de trabajo de polarimetría del EHT e Investigador Distinguido GenT de la Universidad de Valencia. “Revelar esta nueva imagen en luz polarizada ha requerido años de trabajo debido a las complejas técnicas involucradas en la obtención y análisis de los datos”.

“La imagen de M87* permite poner a prueba la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Sin embargo, para hacer esto, hay que entender mejor las propiedades del gas que se encuentra en el entorno del agujero negro”, continúa Laurent Loinard. “Las observaciones que reportamos aquí permiten distinguir claramente entre varias descripciones posibles de este gas, y es un paso fundamental hacia el uso de las imágenes del EHT para poner a prueba la relatividad general.”

La luz se polariza cuando atraviesa ciertos filtros, como las lentes de las gafas de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones calientes y magnetizadas del espacio. De la misma manera que las gafas de sol polarizadas nos ayudan a ver mejor al reducir los reflejos y el resplandor de las superficies brillantes, los astrónomos pueden agudizar su visión de la región alrededor del agujero negro al observar cómo se polariza la luz que se origina allí. Específicamente, la polarización permite a los astrónomos cartografiar las líneas de campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.

"Las imágenes polarizadas recientemente publicadas son clave para comprender cómo el campo magnético permite que el agujero negro “coma” materia y lance poderosos chorros", apunta Andrew Chael, miembro de la colaboración de EHT e investigador del Centro Princeton de Ciencia Teórica (EEUU).

Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87 y se extienden al menos hasta cinco mil años luz de su centro son una de las características más misteriosas y energéticas de la galaxia. La mayor parte de la materia que se encuentra cerca del borde de un agujero negro cae dentro. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son expulsadas al espacio en forma de chorros.

El equipo investigador se ha basado en diferentes modelos de cómo se comporta la materia cerca del agujero negro para comprender mejor este proceso. Pero todavía no saben exactamente cómo se propulsan chorros más extensos que la propia galaxia desde su región central, tan pequeña en tamaño como el Sistema Solar, ni cómo cae exactamente la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen del EHT del agujero negro y su sombra en luz polarizada, los astrónomos han logrado atisbar por primera vez la región límite del agujero negro donde ocurre esta interacción entre la materia que fluye hacia adentro y la expulsada.

Las observaciones proporcionan información nueva sobre la estructura de los campos magnéticos en el borde del agujero negro. El equipo descubrió que solo los modelos teóricos con gas fuertemente magnetizado pueden explicar lo que están viendo en el horizonte de eventos.

“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos en el borde del agujero negro son lo suficientemente intensos como para retener el gas caliente y ayudarlo a resistir la atracción de la gravedad. Solo el gas que se desliza a través del campo puede girar en espiral hacia el horizonte de eventos”, explica Jason Dexter, profesor asistente de la Universidad de Colorado Boulder (EEUU) y coordinador del grupo de trabajo de teoría del EHT.

Para observar el corazón de la galaxia M87, la colaboración vinculó ocho telescopios de todo el mundo, entre ellos el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano ubicado en Puebla, México, para crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. La impresionante resolución obtenida con el EHT es equivalente a la necesaria para medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna.

Esto permitió al equipo observar directamente la sombra del agujero negro y el anillo de luz a su alrededor, con la nueva imagen de luz polarizada que muestra claramente que el anillo está magnetizado. Los resultados se publican hoy en dos artículos separados en The Astrophysical Journal Letters por la colaboración EHT. La investigación involucró a más de trescientos investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.

“El EHT es uno de los proyectos científicos más importantes a nivel mundial actualmente. La participación de Mexico en el proyecto le da visibilidad a nivel mundial”, comenta Laurent Loinard. “También permite que estudiantes y jóvenes investigadores mexicanos estén inmersos en esta emocionante y vibrante colaboración, en la que participan algunas de las y los mejores científicas y científicos del mundo. Es una colaboración realmente global que permite interactuar con científicos de muchos horizontes. Es una experiencia muy enriquecedora participar en ella.”

"El EHT está haciendo avances rápidos, con actualizaciones tecnológicas que se están realizando en la red y la suma de nuevos observatorios. Esperamos que las futuras observaciones del EHT revelen con mayor precisión la estructura del campo magnético alrededor del agujero negro y nos digan más sobre la física del gas caliente en esta región", concluye Jongho Park, miembro de la colaboración de EHT e investigador de la Academia Sinica (Instituto de Astronomía y Astrofísica de Taipei).

 

Imágenes publicadas y material visual

  • Video:Acercándose al corazón de M87
    Leyenda:Viaje al interior de M87 incluyendo la imagen polarizada del anillo en torno al agujero negro central
    MP4 (81 Mb, 47 s): https://cdn.eso.org/videos/hd_1080p25_screen/eso2105b.mp4
    Crédito: © ESO/L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., Colaboración EHT. Música: Niklas Falcke
  • Fotografía: El equipo de polarización del EHT
    Leyenda: Fotografía de grupo del taller en el que se dio el empujón definitivo a las imágenes del campo magnético de M87*, celebrado en el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn del 15 al 19 de julio de 2019. El Dr Laurent Loinard se ubica al frente a la derecha, con playera azul.
    JPG (7.8 Mb): https://owncloud.mpifr-bonn.mpg.de/index.php/s/xj2BgtKNe2fAD5a
    Créditos: © E. Traianou/MPIfR
  • Video: La imagen de M87* vista con un polarizador
    Leyenda: Representación del efecto de un polarizador y cómo los vectores de polarización en la imagen del anillo M87* se producen a partir de la combinación de diferentes componentes polarizados linealmente. 
    M4V (11.7 Mb): https://owncloud.mpifr-bonn.mpg.de/index.php/s/AgZ7EXmXjoeWLoM
    Youtube: https://youtu.be/AU2qGTpMn8I
    Créditos: © Iván Martí, Universitat de València y Colaboración EHT

 

Artículos publicados y ligas relacionadas:

  • Artículo VIII: First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon, The Astrophysical Journal Letters, 910, L12
    http://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de

Información adicional sobre el ETH

Esta investigación se presenta en dos artículos principales y uno complementario publicados hoy en The Astrophysical Journal.

La colaboración EHT consta de más de trescientos investigadores en África, Asia, Europa, Norte- y Sudamérica. Esta colaboración tiene como objetivo principal obtener las imágenes más detalladas de los agujeros negros jamás obtenidas mediante un telescopio virtual del tamaño de nuestro planeta. Contando con numerosa financiación internacional, el EHT conecta telescopios disponibles con nuevos métodos, creando así un instrumento fundamentalmente nuevo con la mayor resolución angular jamás obtenida en astronomía.

Los telescopios participantes son: ALMA, APEX, el telescopio de 30 metros de IRAM, el Observatorio NOEMA de IRAM, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (LMT), the Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio de Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT).

El consorcio del EHT está configurado por trece institutos fundadores: el Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el East Asian Observatory, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica (MPG/CNRS/IGN), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio de Haystack del Instituto de Tecnología de Massachusetts, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, y el Observatorio Astronómico Smithsonian.

Trayectoria del Dr. Laurent Loinard

El Dr. Laurent Loinard estudió la licenciatura en física, y la maestría y el doctorado en astrofísica en la Universidad Joseph Fourier de Grenoble, Francia. En octubre de 2000 se incorporó al Campus Morelia de la UNAM, donde es investigador en el Instituto de Radioastronomía y Astrofísica. Es miembro de la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT). Actualmente se desempeña como Coordinador del Posgrado en Astrofísica de la UNAM, que incorpora sedes en la Ciudad de México y Ensenada además de en Morelia.

Contacto de la colaboración EHT en México:

Dr. Laurent Loinard
IRyA UNAM Campus Morelia
xm.manu.ayri@draniol.l

Contacto para medios:

Dr. René A. Ortega Minakata
Divulgación y Comunicación de la Ciencia
IRyA UNAM Campus Morelia
xm.manu.ayri@agetro.r, Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.

 

Texto original: Colaboración EHT. Adaptación: IRyA UNAM. Texto y material adicional compartidos bajo licencia CC-BY-SA.