Esta es la primera imagen de un agujero negro y su chorro de energía

Pero los agujeros negros no solo solo oscuridad: estos monstruos supermasivos pueden lanzar poderosos chorros de materia que se extienden más allá de sus propias galaxias. Ahora, un equipo internacional en el que también participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), acaban de conseguir captar por primera vez en una sola imagen el agujero negro de Messier 87 (M87) junto con su potente chorro. Los resultados se acaban de publicar en la revista 'Nature'.

«Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros», explica Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghai, en China. «Sin embargo, 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». Es por ello que esta imagen será clave para desentrañar uno de los misterios que más intrigan a los científicos: el mecanismo detrás de estas potentes emanaciones.

Observaciones anteriores habían logrado obtener imágenes separadas de la región cercana al agujero negro, que es 6.500 millones de veces más masivo que nuestro Sol, y del chorro: esta es la primera vez que ambos se observan juntos. Ahora, gracias a esta captura, se podrán estudiar los fenómenos que unen a ambos. «Ahora, al mostrar la región que hay alrededor del agujero negro y el chorro al mismo tiempo, ya tenemos la imagen completa», señala Jae-Young Kim, de la Universidad Nacional Kyungpook, en Corea del Sur, y el Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Alemania.

La imagen se obtuvo con el GMVA, ALMA y el 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 del agujero negro, así como lo que los científicos llaman la sombra del agujero negro. A medida que la materia orbita el agujero negro, se calienta y emite luz. El agujero negro se dobla y captura parte de esta luz, creando una estructura alrededor del agujero negro que, vista desde la Tierra, tiene forma de anillo.

La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones altamente energéticos y campos magnéticos, un fenómeno conocido como radiación sincrotrón. Las nuevas observaciones revelan detalles novedosos sobre la ubicación y la energía de estos electrones, y también introducen un apunte sobre la naturaleza del propio agujero negro: no tiene mucha hambre. Consume materia a un ritmo bajo, convirtiendo solo una pequeña fracción en radiación. Además, los nuevos datos aportan aspectos sorprendentes: la radiación de la región interna cercana al agujero negro es más amplia de lo esperado, lo que podría significar que hay algo más que gas cayendo en su interior. También podría existir un tipo de viento galáctico, que produce turbulencia alrededor del agujero negro.

Estas nuevas observaciones del agujero negro de M87 se realizaron en 2018 con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y América del Norte. 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.

La gran resolución y sensibilidad de la red intercontinental de telescopios empleada ha permitido obtener esta panorámica. El diámetro del anillo medido por el Global Millimetre VLBI Array es de 64 microarcosegundos, lo que corresponde al tamaño de una pelota de fútbol situada en la Luna y vista desde la Tierra. «Estos sorprendentes resultados son solo el comienzo de una era fascinante en la radioastronomía. Nuestro equipo de investigación continuará explorando M87 y otros objetos similares utilizando la resolución inédita que pueden ofrecer las grandes combinaciones de antenas como GMVA, KVN y EHT», adelanta Thalia Traianou, investigadora del IAA-CSIC que participa en el trabajo.

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.