Observan un monstruoso estallido de rayos gamma en uno de los objetos más brillantes del Universo

Por definición, resulta imposible observar directamente un agujero negro. Pero sí que podemos ver el brillante anillo de materia sobreexcitada girando a velocidades vertiginosas alrededor de él. Para conseguirlo, el Event Horizon Telescope está formado por ocho grandes telescopios repartidos por todo el mundo, unidos para crear un 'telescopio virtual' del tamaño de la Tierra. La colaboración EHT está formada por 13 instituciones diferentes e involucra a más de 300 investigadores de los cinco continentes.

Ahora, y bajo la dirección del propio EHT, un nuevo estudio recién publicado en 'Astronomy and Astrophysics' presenta los datos de la segunda campaña de observación del telescopio, llevada a cabo en abril de 2018 y en la que participaron más de 25 telescopios tanto terrestres como orbitales. En el artículo, los investigadores informan de la primera observación de una llamarada de rayos gamma de alta energía en más de una década procedente de ese agujero negro supermasivo.

«Tuvimos la suerte de detectar una llamarada de rayos gamma procedente de M87 durante la campaña de longitudes de onda múltiples del Event Horizon Telescope -explica Giacomo Principe. de la Universidad de Trieste y uno de los autores del estudio-. Esto marca el primer evento de llamarada de rayos gamma observado en esta fuente en más de una década, lo que nos permite acotar con precisión el tamaño de la región responsable de la emisión de rayos gamma observada. Las observaciones, tanto las ya realizadas como las planificadas para los próximos años, proporcionarán conocimientos de valor incalculable y una oportunidad extraordinaria para estudiar la física que rodea al agujero negro supermasivo de M87».

El 'chorro' de radiación observado por los investigadores ha sorprendido a los astrónomos por su tamaño, ya que se proyecta en el espacio a una distancia decenas de millones de veces superior a la del horizonte de sucesos del agujero negro, una diferencia similar a la que existe entre el tamaño de una bacteria y el de una ballena azul.

La descomunal llamarada, que duró aproximadamente tres días y que surgió de una zona de menos de 170 UA de tamaño (una Unidad Astronómica es la distancia entre el Sol y la Tierra, 150 millones de km), fue provocada por una brillante explosión de altísima energía, muy por encima de las energías que los telescopios detectan normalmente alrededor del agujero negro.

«La actividad de este agujero negro supermasivo es realmente impredecible -afirma el coautor Kazuhiro Hada, de la Universidad de Nagoya-. Es difícil saber cuándo se producirá una llamarada. Los datos obtenidos en 2017 y 2018, que representan sus fases inactiva y activa respectivamente, proporcionan información crucial para desentrañar el ciclo de actividad de este enigmático agujero negro».

«La duración de una llamarada -explica por su parte Daniel Mazin, de la Universidad de Tokio y miembro del equipo del telescopio MAGIC que detectó la llamarada de rayos gamma- se corresponde aproximadamente con el tamaño de la región de emisión. Y la rápida variabilidad de los rayos gamma indica que la región de la llamarada es extremadamente pequeña, de apenas unas diez veces el tamaño del agujero negro central».

En 2018, durante la segunda campaña EHT, que aprovechó más de 20 observatorios terrestres y espaciales de alto perfil, el instrumento LAT a bordo del observatorio espacial Fermi detectó un aumento en el flujo de rayos gamma de alta energía con energías hasta miles de millones de veces mayores que la luz visible. Más tarde, los telescopios Chandra y NuSTAR recopilaron datos de alta calidad en la banda de rayos X. Las observaciones de radio, por su parte, mostraron un aparente cambio anual en el ángulo de posición del chorro dentro de unos pocos microsegundos de arco desde el núcleo de la galaxia.

Combinando todas estas observaciones, los investigadores consiguieron entender mucho mejor las fuerzas que se encuentran detrás de las emisiones de rayos gamma de muy alta energía. Los datos también muestran una variación significativa en el ángulo de posición del horizonte de sucesos del agujero negro y la posición del chorro, lo que sugiere una relación física entre estas estructuras. Motoki Kino, de la Universidad de Kogakuin, explica que «en la primera imagen obtenida durante la campaña de observación de 2018 se vio que la emisión a lo largo del anillo no era homogénea, sino que presentaba asimetrías (es decir, áreas más brillantes). Observaciones posteriores realizadas ese mismo año confirmaron los datos, destacando que el ángulo de posición de la asimetría había cambiado».

El equipo también comparó los espectros observados en las distintas longitudes de onda con modelos de emisión teóricos y confirmaron un brillo particularmente alto en el rango de los rayos gamma. Es posible que las partículas de alta energía se aceleraran dentro de la misma región en la que fueron emitidas, pero también que adquirieran su energía en una región diferente.

«Cómo y dónde se aceleran las partículas en los chorros de agujeros negros supermasivos - concluye Sera Markoff, de la Universidad de Amsterdam y coautora del estudio- es un misterio de larga data. Ahora, por primera vez, podemos combinar imágenes directas de las regiones cercanas al horizonte de sucesos durante las erupciones de rayos gamma procedentes de eventos de aceleración de partículas y probar teorías sobre los orígenes de esas erupciones». Lo cual ayudará a mejorar la comprensión de uno de los fenómenos más violentos y energéticos de todo el Universo.