Una nueva imagen permite observar por primera vez el 'borde' de un agujero negro

Los resultados de esta nueva investigación se publican hoy en dos artículos en 'The Astrophysical Journal Letters' ( aquí , aquí y aquí ), elaborados por la colaboración EHT. La investigación involucró a más de 300 investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.

«Ahora estamos viendo la siguiente pieza de evidencia crucial para comprender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros -explica Monika Moscibrodzka, coordinadora del Grupo de Trabajo de Polarimetría EHT- y cómo la actividad en esta región tan compacta del espacio puede impulsar poderosos chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia».

El 10 de abril de 2019, los científicos del EHT publicaron la primera imagen de un agujero negro, una estructura brillante en forma de anillo con una región central oscura, la sombra del agujero. 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 ha descubierto que una fracción significativa de la luz alrededor del agujero negro M87 está polarizada.

«Este trabajo -afirma por su parte Iván Martí-Vidal, también Coordinador de la EHT e Investigador Distinguido GenT de la Universidad de Valencia- 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. Revelar esta nueva imagen de luz polarizada requirió años de trabajo debido a las complejas técnicas involucradas en la obtención y análisis de los datos».

La luz se polariza cuando atraviesa ciertos filtros , como sucede con las lentes de las gafas de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones cálidas del espacio donde existen campos magnéticos. De la misma forma en 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 mejorar su visión de la región alrededor del agujero negro al observar cómo se polariza la luz que se origina en él. Específicamente, la polarización permite a los astrónomos mapear las líneas del campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.

«Estas imágenes polarizadas -dice Andrew Chael, miembro de la colaboración de EHT y del Hubble de la NASA en el Centro de Princeton para Ciencias Teóricas- resultan clave para comprender cómo el campo magnético permite que el agujero negro 'coma' materia y lance poderosos chorros».

Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87 y se extienden al menos 5000 años luz desde su centro son una de las características más misteriosas y enérgicas de la galaxia. La mayor parte de la materia que se encuentra cerca del borde de un agujero negro cae dentro. Pero algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de ser engullidas y son expulsadas hacia el espacio en forma de chorros.

Los astrónomos se han basado en diferentes modelos para comprender mejor este proceso . Pero aún no saben exactamente cómo es posible que desde la región central de la galaxia, de tamaño similar al Sistema Solar, surjan chorros que son más grandes que la galaxia misma, ni tampoco cómo exactamente cae la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen del agujero negro y su sombra en luz polarizada, los astrónomos lograron por primera vez mirar justo el borde del agujero negro, donde está ocurriendo esta interacción entre la materia que fluye hacia adentro y la que es expulsada.

Las observaciones, por lo tanto, proporcionan nueva y valiosa información sobre la estructura de los campos magnéticos justo fuera del agujero negro. El equipo, además, pudo comprobar que solo los modelos teóricos que incluyen gas fuertemente magnetizado son capaces de explicar lo que están viendo en el horizonte de sucesos del agujero negro.

Las observaciones sugieren que los campos magnéticos en el borde del agujero negro son lo suficientemente fuertes como para hacer retroceder el gas caliente y ayudarlo a resistir la fuerte atracción gravitatoria del agujero. Y que solo el gas que se desliza a través del campo magnético puede girar en espiral hacia el horizonte de sucesos.

Para ser capaces de observar el corazón de la galaxia M87, la colaboración vinculó ocho telescopios de todo el mundo, creando así el EHT un «telescopio virtual» del tamaño de la Tierra . La impresionante resolución obtenida con el EHT equivale a la necesaria para medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna.

«Gracias a los telescopios ALMA y APEX porque debido a su ubicación en el sur mejoran la calidad de la imagen al agregar una extensión geográfica a la red EHT -asegura Ciska Kemper, científica del programa europeo ALMA en ESO- los científicos europeos pudieron desempeñar un papel central en la investigación . Con sus 66 antenas, ALMA domina la colección general de señales en luz polarizada, mientras que APEX ha sido esencial para la calibración de la imagen».

La configuración del EHT 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.