El retrato más íntimo hasta ahora de un agujero negro

La colaboración Event Horizon Telescope, un equipo internacional de radioastrónomos que lleva años mirando por la garganta de un agujero negro gigante, publicó el miércoles lo que llamó el retrato más íntimo hasta ahora de las fuerzas que dan lugar a los quásares, las fuentes luminosas. de energía que puede atravesar el espacio interestelar e intergaláctico e interrumpir el crecimiento de galaxias distantes.

El agujero negro en cuestión es un monstruo 6.500 millones de veces más masivo que el sol y se encuentra en el centro de una enorme galaxia elíptica, Messier 87, a unos 55 millones de años luz de distancia en la constelación de Virgo. Hace dos años, el equipo lo fotografió y produjo la primera imagen de un agujero negro; la entidad hasta ahora invisible, un ojo de buey a la eternidad. Parecía un anillo de humo difuso, muy parecido a lo que habían predicho las ecuaciones de Albert Einstein hace un siglo.

El grupo ha pasado los últimos dos años extrayendo más datos de sus observaciones sobre la polarización de las ondas de radio, que pueden revelar la forma de los campos magnéticos en el gas caliente que gira alrededor del agujero.

Ahora, visto a través del equivalente de radio de las gafas de sol polarizadas, el agujero negro M87 aparece como un vórtice de bigotes finos, como las aspas giratorias de un motor a reacción, que bombea materia al agujero negro y energía hacia el espacio.

“Es como ponerse un par de gafas de sol polarizadas en un día soleado; de repente puedes ver lo que está pasando”, dijo Sheperd Doeleman, astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y director fundador de la colaboración.

“Ahora podemos ver los patrones de estos campos en M87 y comenzar a estudiar cómo el agujero negro está canalizando material hacia su centro”, dijo.

Daniel Holz, un astrofísico de la Universidad de Chicago que no formó parte de la investigación, dijo: “Estos chorros relativistas son algunos de los fenómenos más extremos de la naturaleza, que combinan la gravedad y los campos magnéticos y de gas caliente para producir un rayo que atraviesa todo un galaxia. Es emocionante que EHT nos esté ayudando a aprender más sobre lo que está sucediendo en el corazón de estos chorros relativistas que se originan muy cerca de la ‘superficie’ de un agujero negro “.

Janna Levin, astrofísica del Barnard College de la Universidad de Columbia que estudia los agujeros negros, pero que no formó parte del equipo de Event Horizon, calificó los resultados de “emocionantes”, ya que revelaron detalles sobre cómo un agujero negro puede crear “un letal, poderoso, astronómico pistola de rayos que se extiende a miles de años luz “.

El nivel de detalle en la nueva imagen, dijo, podría renovar el interés de los teóricos en las características que habían renunciado a poder observar. “Mucha gente volverá corriendo a sus bonitos cálculos, simplemente soñando despiertos en lápiz sobre papel, para preguntar, todos emocionados y nerviosos, ‘¿Podría el EHT realmente ver esto? ‘”, dijo el Dr. Levin. “Voy a ser uno de ellos”.

Los resultados fueron anunciados este miércoles en dos artículos publicados en el Astrophysical Journal Letters por Event Horizon Telescope Collaboration, y en un tercer artículo, de Ciriaco Goddi de la Universidad Radboud de Holanda y un gran elenco internacional, que ha sido aceptado por la misma. diario.

Los agujeros negros son pozos sin fondo en el espacio-tiempo, donde la gravedad es tan poderosa que ni siquiera la luz puede escapar; todo lo que entra esencialmente desaparece del universo. El cosmos está plagado de agujeros negros. Muchas son estrellas muertas que se han derrumbado catastróficamente sobre sí mismas. Uno se encuentra en el centro de casi todas las galaxias y es millones o miles de millones de veces más masivo que cualquier estrella.

Paradójicamente, a pesar de su capacidad para tragar luz, los agujeros negros son los objetos más luminosos del universo. El material (gas, polvo, estrellas trituradas) que cae en un agujero negro se calienta a millones de grados mientras gira alrededor del desagüe de la fatalidad en una densa vorágine de campos electromagnéticos. La mayor parte de esa materia cae en el agujero negro, pero una parte es expulsada, como la pasta de dientes, por enormes presiones y campos magnéticos. Los astrónomos desconocen cómo surge y se ordena toda esta energía.

Tales fuegos artificiales, que pueden eclipsar mil veces a las galaxias, se pueden ver en todo el universo; cuando se observaron por primera vez a principios de la década de 1960, se denominaron cuásares. Ese descubrimiento llevó a los físicos y astrónomos a tomar primero en serio la noción de que los agujeros negros existen.

En 2009, ansiosos por explorar los mecanismos subyacentes y verificar las predicciones de Einstein sobre los agujeros negros, el Dr. Doeleman y sus colegas formaron el Event Horizon Telescope, una colaboración internacional que ahora comprende a unos 300 astrónomos de 13 instituciones.

El telescopio lleva el nombre del punto sin retorno alrededor de un agujero negro; más allá del horizonte de sucesos, se consume toda la luz y la materia. En abril de 2017, cuando el telescopio pasó 10 días observando M87, consistía en una red de ocho observatorios de radio en todo el mundo: “un telescopio tan grande como el mundo”, como le gusta decir al Dr. Doeleman, capaz de detectar detalles tan pequeños como una naranja en la luna. Luego, el equipo tardó dos años en procesar los datos. Los resultados se reunieron en abril de 2019, cuando el Dr. Doeleman y sus colegas presentaron las primeras imágenes (mapas de radio, en realidad) de un agujero negro, el monstruo de M87.

Los agujeros negros fueron “escuchados” chocando por primera vez en 2015, por el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser. Ahora podían verse, como un portal entintado de la nada enmarcado por una rosquilla giratoria de gas radiante en el centro de la galaxia Messier 87.

“Hemos visto lo que pensamos que era invisible”, dijo el Dr. Doeleman en ese momento. La imagen apareció en la portada de los periódicos de todo el mundo y una copia se encuentra ahora en la colección permanente del Museo de Arte Moderno de Nueva York.

Pero ese fue solo el comienzo del viaje hacia adentro.

Los investigadores tardaron otros dos años en producir las imágenes polarizadas publicadas el miércoles.

Los chorros y lóbulos de radio, rayos X y otras formas de energía se extienden a más de 100.000 años luz del agujero negro en M87. Gran parte de esta radiación proviene de partículas eléctricas energéticas que giran en espiral en campos magnéticos.

La imagen recién procesada permite a los astrónomos rastrear estos campos hasta sus orígenes, en un anillo caótico y caliente de gas electrificado o plasma, de unos 30 mil millones de millas de ancho, cuatro veces más ancho que la órbita de Plutón. Ese logro es posible porque la luz del disco está parcialmente polarizada, vibrando más en una dirección que en otras.

“La dirección y la intensidad de la polarización en la imagen nos dice acerca de los campos magnéticos cerca del horizonte de eventos del agujero negro”, dijo Andrew Chael, astrofísico de la Universidad de Princeton que forma parte del equipo de Event Horizon.

Los astrónomos han debatido durante años si los campos magnéticos que rodean a los llamados agujeros negros de baja luminosidad como M87 eran débiles y turbulentos o “fuertes” y coherentes. En este caso, dijo el Dr. Chael, los campos magnéticos son lo suficientemente fuertes como para interrumpir la caída del gas y transferir energía desde el agujero negro giratorio al chorro.

“Las imágenes EHT también proporcionan indicios de que el chorro brillante en M87 en realidad se alimenta de la energía de rotación del agujero negro, que retuerce los campos magnéticos a medida que gira”, dijo Michael Johnson, otro miembro de Event Horizon del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. .

Como resultado, el Dr. Doeleman dijo: “Esto le da a las ondas de radio emitidas el giro azimutal” observado en el patrón de curvas de las nuevas imágenes polarizadas. Señaló que el giro azimutal sería un “buen nombre para un cóctel”.

Un subproducto del trabajo, dijo el Dr. Doeleman, fue que los astrónomos pudieron estimar la velocidad a la que el agujero negro se alimenta de su entorno. Aparentemente no tiene mucha hambre; el agujero negro se está comiendo “una miserable” una milésima parte de la masa del sol por año.

“Sin embargo, es suficiente para lanzar chorros de gran alcance que se extienden por miles de años luz, y es lo suficientemente radiante como para capturarlo con el EHT”, dijo.

El Dr. Doeleman ya está sentando las bases para lo que él llama el Telescopio Event Horizon de “próxima generación”, que producirá películas de esta estructura de propulsión magnética en acción.

“Esta es realmente la próxima gran pregunta”, dijo el Dr. Doeleman. “¿Cómo extraen los campos magnéticos energía de un agujero negro giratorio? Sabemos que sucede, pero no sabemos cómo funciona. Para resolver eso, necesitaremos crear el primer cine de agujeros negros “.

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