El Telescopio de Horizonte de Evento traza campos magnéticos alrededor de un agujero negro

Líneas de campo magnético inferido alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. Están basadas en mediciones de polarización realizadas con el Telescopio de Horizonte de Evento, durante cuatro días diferentes. Agrandar imagen.
Crédito: Adaptado de EHT Collaboration et al. 2021.

Hace casi dos años, el equipo del Telescopio de Horizonte de Evento (EHT), llamó la atención del mundo. Obtuvo una impresionante primera imagen de las regiones internas alrededor de un agujero negro supermasivo. Ahora el equipo está compartiendo nuevos conocimientos a partir de sus observaciones sin precedentes.

Las observaciones del EHT de M87 tomadas durante 4 días revelaron un anillo asimétrico brillante. El norte está arriba y el este a la izquierda. 
[EHT Collaboration et al 2019].

El blanco de un telescopio gigante

Las observaciones del EHT de M87 tomadas durante 4 días revelaron un anillo asimétrico brillante (ver figura a la derecha). El norte está arriba y el este a la izquierda. El Telescopio de Horizonte de Evento (EHT), es una red conjunta de observatorios que abarca todo el mundo. Publicó recientemente sus primeras imágenes del agujero negro supermasivo en el centro de la cercana galaxia activa M87. Esta serie de 4 imágenes, capturadas en Abril de 2017, reveló un anillo brillante de plasma magnetizado caliente. El mismo está en el horizonte de eventos que rodea la «sombra» del agujero negro M87 *.

¿Por qué apuntar a M87 *? Este agujero negro está relativamente cerca, es enorme (¡6.500 millones de masas solares!) y no varía demasiado rápido. Además, M87 * es la fuente de un espectacular jet de 5000 años luz de longitud.

Buscando el origen de los chorros

Los chorros se producen cuando se arroja material en acumulación desde los polos de un agujero negro supermasivo a velocidades increíbles. Pero los medios por los que se lanzan, aceleran y moldean, e incluso cómo emiten luz, siguen siendo preguntas abiertas.

¿Podría M87 ayudarnos a comprender mejor estos fenómenos dramáticos?  El equipo del EHT ha lanzado dos nuevas publicaciones que brindan información adicional sobre el entorno cercano a M87 *, de donde se origina su jet.

El agujero negro supermasivo de M87 produce un chorro colimado, visible en esta imagen del Hubble. Su contra-chorro no se ve porque los efectos relativistas hacen que el chorro que se aleja parezca menos brillante. 
Créditos: El equipo de «Hubble Heritage» (STScI / AURA) y NASA / ESA.

Una dimensión añadida

Cuando el EHT observó M87 * en 2017, no solo capturó los datos que llevaron a las imágenes de intensidad total que todos hemos visto. También capturó información sobre la polarización de la luz observada.

La luz es emitida por plasma magnetizado caliente que se polariza linealmente. El campo magnético deja una huella en la dirección en que oscilan las ondas electromagnéticas. Cuandola luz viaja, esta polarización puede girar o mezclarse a medida que se mueve a través de la materia magnetizada.

La dirección y la cantidad de polarización que finalmente observamos de una fuente como M87 *, si se desenreda y analiza adecuadamente, revela información. Esta es sobre la estructura de los campos magnéticos y las propiedades del plasma cerca de este agujero negro.

Qué encontramos y qué significa

Mapas de polarización de M87 * capturados por el EHT en 4 días diferentes. Las marcas muestran la dirección y la fracción de polarización. 
Crédito: EHT Collaboration et al. 2021
.

Los mapas de intensidad polarizados cuidadosamente construidos por el equipo del EHT alrededor de la sombra de M87 * brindan algunas ideas clave que describimos a continuación.

  1. El anillo de emisión alrededor del agujero negro presenta polarización, pero la fracción de polarización es relativamente baja.
    Esto confirma la imagen de un plasma magnetizado caliente en las regiones internas alrededor del agujero negro. Además indica que la polarización está alterada dentro de la región de emisión, en escalas más pequeñas de lo que el telescopio puede resolver.
  2. A lo largo de las 4 observaciones diferentes que abarcan aproximadamente una semana, la polarización evoluciona.
    Se esperan estos cambios a lo largo del tiempo. Aunque el equipo no lo analiza aquí, es probable que esta evolución nos ayude a restringir aún más los modelos en el futuro.
  3. En todas las observaciones, el patrón de polarización es en gran parte azimutal, envolviendo el agujero negro.
    Esto es importante, porque esta direccionalidad impone límites significativos a los modelos. Nos referimos a modelos que pueden describir de manera factible la estructura de los campos magnéticos y el flujo de acreción inmediatamente alrededor del agujero negro.

¿Un flujo MAD?

Los autores comparan los mapas de polarización observados para M87 * con una galería de 72.000 instantáneas de simulaciones numéricas. Estas sondean 120 modelos diferentes del flujo de acreción y el chorro. Las estrictas restricciones de las observaciones de polarización e intensidad del EHT reducen drásticamente el conjunto de modelos factibles. Esto sugiere que los alrededores de M87 * se describen mejor mediante un modelo llamado disco detenido magnéticamente (MAD).

Esquema que ilustra el modelo MAD, visto desde el interior del plano del disco de acreción alrededor de un agujero negro. Las líneas del campo magnético poloidal se apilan cerca del agujero negro, empujando hacia atrás la materia que cae. Crédito: Narayan y col. 2003.

En el modelo MAD, los campos magnéticos poloidales apilados cerca del agujero negro son intensos. Son lo suficientemente fuertes como para afectar la forma en que la materia se acumula en el agujero negro. Esta influencia y la disposición de los campos magnéticos que implica este modelo restringen los posibles mecanismos que conducen al lanzamiento del chorro.

Con posibles modelos en la mano, los autores concluyen usándolos para estimar las propiedades del plasma alrededor de M87 * y la tasa de acreción en este agujero negro supermasivo, encontrando que probablemente se esté acumulando alrededor de una masa de Júpiter cada año.

Mirando hacia el futuro

Está claro que todavía hay mucho que podemos aprender de las primeras observaciones del EHT, y con observaciones y análisis de seguimiento, podemos continuar usando M87 * como laboratorio para explorar los agujeros negros supermasivos y sus flujos y chorros de acreción.

Además, sabemos que el EHT todavía está trabajando para crear imágenes de nuestro propio agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, Sgr A *. Si tiene éxito, este esfuerzo proporcionará información complementaria sobre un agujero negro supermasivo algo más silencioso. ¡El EHT continúa iluminando nuestra perspectiva sobre los agujeros negros!

Para obtener más información, puede ver la colección completa de resultados del EHT en el tema de enfoque del ApJL :
Focus on the First Event Horizon Telescope Results

Los papers

  • “First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring,” EHT Collaboration et al 2021 ApJL 910 L12. doi:10.3847/2041-8213/abe71d.
  • “First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near the Event Horizon,” EHT Collaboration et al 2021 ApJL 910 L13.  doi:10.3847/2041-8213/abe4de

Fuente: AAS NOVA.

Artículo original: «Event Horizon Telescope Traces Magnetic Fields Around a Black Hole«. Susanna Kohler. March 24, 2021.

Material relacionado

Sobre la primera imagen de la sombra de un agujero negro

En Abril de 2019, el Event Horizon Telescope (Telescopio de Horizonte de Evento) capturó las primeras imágenes detalladas de la sombra de un agujero negro . En un nuevo estudio, un equipo de científicos ahora ha explorado lo que determina el tamaño y la forma de las sombras de los agujeros negros como este.

El agujero negro gigante observado por el EHT, con una masa de 6.500 millones de soles, se encuentra en la galaxia elíptica Messier 87 (M87). El siguiente artículo la presenta.

Agujero negro supermasivo más antiguo conocido

Los astrónomos han descubierto la existencia de un agujero negro supermasivo que parece ser el más antiguo y distante de su tipo que hemos encontrado. Además apunta su haz de partículas brillantes directamente a la Tierra.

Curiosidades:

Combinando observatorios terrestres y un observatorio espacial para mirar en detalle un agujero negro supermasivo.

Representación artística que muestra el funcionamiento de la interferometría de muy larga base desde el espacio. La antena de RadioAstron se combina con antenas terrestres y funcionan como el mayor radiotelescopio jamás concebido. (Logran un diámetro equivalente a ocho veces el tamaño de la Tierra). 
Crédito: MPIfR/A. Lobanov.

La misión espacial RadioAstron (Agencia Espacial Rusa) ha observado, junto con otros quince radiotelescopios distribuidos por todo el globo, el entorno del agujero negro. Este está ubicado en el núcleo de la galaxia activa BL Lacertae.

Desde 1974, la técnica conocida como interferometría de muy larga base (VLBI por su acrónimo en inglés) permite que múltiples radiotelescopios separados geográficamente trabajen al unísono. De ese modo, funcionan como un telescopio con un diámetro equivalente a la distancia máxima que los separa. Esta técnica ha aportado imágenes con una resolución antes inconcebible, más de mil veces mejor que las que obtiene el telescopio espacial Hubble.

Ahora, una colaboración internacional ha batido todos los récords gracias al uso combinado de quince antenas terrestres y la antena de la misión espacial RadioAstron. Esta se encuentra en órbita alrededor de la Tierra. El trabajo, liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), aporta nuevas claves para el estudio de las galaxias activas. En estas, un agujero negro supermasivo absorbe el material que le rodea al tiempo que produce un par de chorros (o jets) de partículas energéticas. Dichas partículas viajan a velocidades cercanas a la de la luz.

La publicación siguiente lo aborda.

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