- Las observaciones plurianuales del Event Horizon Telescope capturan patrones de polarización en evolución alrededor del agujero negro supermasivo y revelan la emisión de radio de la base del chorro.
- Estos hallazgos confirman las predicciones de Einstein sobre una sombra estable en el agujero negro, a la vez que revelan una sorprendente turbulencia en los campos magnéticos y la formación de chorros.
- Nuevas imágenes del telescopio de horizonte de eventos (EHT) de M87* revelan cambios inesperados en la luz polarizada entre 2017 y 2021, lo que demuestra que los campos magnéticos cerca del agujero negro son dinámicos y están en evolución.
- Por primera vez, el EHT detecta una débil emisión de chorro cerca de la base del chorro relativista de M87, gracias a telescopios adicionales y una calibración mejorada.
- Desde Chile, las astrónomas e investigadoras Dra. Dhanya Nair y la Dra. Silpa Sasikumar del Núcleo Milenio TITANS que estudia agujeros negros, participaron en el análisis de estos resultados del EHT. El conjunto EHT, que opera a una longitud de onda de 1,3 mm, incluyó los telescopios ALMA y APEX.
La colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), con una importante contribución del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), ha revelado nuevas imágenes detalladas del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87. Estas revelan un entorno dinámico con patrones de polarización cambiantes cerca del agujero negro. Por primera vez en datos del EHT, los científicos también han detectado indicios de emisión de chorro extendido cerca de la base del chorro, donde se conecta con el anillo que rodea el agujero negro. Estas nuevas observaciones, publicadas hoy en Astronomy & Astrophysics, ofrecen una nueva perspectiva sobre el comportamiento de la materia y la energía en los entornos extremos que rodean los agujeros negros.
Ubicada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, M87 alberga un agujero negro supermasivo con una masa seis mil millones de veces mayor que la del Sol. El EHT —una red global de radiotelescopios que funciona como un observatorio del tamaño de la Tierra— capturó por primera vez la icónica imagen de la sombra del agujero negro de M87 en 2019, añadiendo mapas de polarización en 2021. En astronomía, la polarización se refiere a la orientación de las ondas de luz, que puede revelar la estructura y la intensidad de los campos magnéticos en el espacio. Ahora, al comparar observaciones de 2017, 2018 y 2021, los científicos han dado el siguiente paso para descubrir cómo cambian con el tiempo los campos magnéticos cerca del agujero negro.
Desde Chile, las astrónomas Dhanya Nair y Silpa Sasikumar, investigadoras del Núcleo Milenio TITANS, colaboraron en el análisis de estos resultados. El conjunto EHT —una red global de radiotelescopios que observa a una longitud de onda de 1,3 mm— incluye a los observatorios ALMA y APEX, ubicados en el norte de Chile, cuya alta sensibilidad y resolución fueron claves para obtener estas nuevas imágenes.
Patrón de polarización cambiante de M87*
Entre 2017 y 2021, el patrón de polarización cambió de dirección inesperadamente. En 2017, los campos magnéticos parecieron girar en una dirección; para 2018, se habían estabilizado, y en 2021, se invirtieron, girando en sentido contrario. Estos cambios podrían deberse tanto a la propia estructura magnética del agujero negro como a la materia interpuesta que distorsiona la polarización de la luz en su viaje hacia la Tierra. En conjunto, estas variaciones apuntan a un entorno turbulento y en evolución, en el que los campos magnéticos desempeñan un papel crucial en la dirección de cómo la materia cae en el agujero negro y cómo la energía se dirige hacia el chorro que se extiende hacia el exterior. Este sorprendente comportamiento desafía los modelos existentes y subraya cuánto queda por comprender sobre los procesos cerca del horizonte de sucesos.
“Lo notable es que, si bien el tamaño del anillo se ha mantenido constante a lo largo de los años —lo que confirma la sombra del agujero negro predicha por la teoría de Einstein—, el patrón de polarización cambia significativamente”, afirma Paul Tiede, astrónomo del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, y codirector del nuevo estudio. “Esto nos indica que el plasma magnetizado que gira cerca del horizonte de sucesos dista mucho de ser estático; es dinámico y complejo, lo que pone al límite nuestros modelos teóricos”.
“Año tras año, mejoramos el EHT con telescopios adicionales e instrumentación mejorada, nuevas ideas para exploraciones científicas y algoritmos novedosos para obtener más provecho de los datos”, añade el codirector Michael Janssen, profesor adjunto de la Universidad Radboud de Nimega, también afiliado al MPIfR. “En este estudio, todos estos factores se combinaron armoniosamente para generar nuevos resultados científicos y nuevas preguntas, que sin duda nos mantendrán ocupados durante muchos años más”.
“Chorros como el de M87 desempeñan un papel fundamental en la evolución de sus galaxias anfitrionas. Al regular la formación estelar y distribuir energía a grandes distancias, afectan el ciclo de vida de la materia a escala cósmica”, explica Eduardo Ros, del MPIfR. “Dado que el chorro de M87 emite en todo el espectro —desde ondas de radio hasta rayos gamma y neutrinos—, constituye un laboratorio único para investigar cómo se forman y desencadenan estos fenómenos cósmicos extremos”.
Dos nuevos telescopios en la red EHT
Fundamentalmente, las observaciones del EHT de 2021 incluyeron dos nuevos telescopios —Kitt Peak en Arizona y NOEMA en Francia— que mejoraron la sensibilidad y la claridad de las imágenes del conjunto. Esto permitió a los científicos delimitar, por primera vez con el EHT, la dirección de emisión de la base del chorro relativista de M87, un estrecho haz de partículas energéticas que emana del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz. Las mejoras en el rendimiento técnico del Telescopio de Groenlandia y el Telescopio James Clerk Maxwell han mejorado aún más la calidad de los datos en 2021.
“La calibración mejorada ha mejorado notablemente la calidad de los datos y el rendimiento del conjunto, con nuevas líneas de base cortas —entre NOEMA y los telescopios IRAM de 30 m, y entre Kitt Peak y SMT—, que proporcionan las primeras limitaciones de la emisión débil de la base del chorro”, afirma Sebastiano von Fellenberg, exmiembro del MPIfR y actual becario Humboldt-Lynen en el CITA (Universidad de Toronto), quien se centró en la calibración del proyecto. “Este aumento en la sensibilidad también mejora nuestra capacidad para detectar señales de polarización sutiles”.
Thomas Krichbaum, del MPIfR, comenta: «Estas observaciones plurianuales revelan la turbulencia y el dinamismo del entorno cercano al horizonte de sucesos. El siguiente paso será capturar las variaciones del anillo y el chorro con observaciones más frecuentes, idealmente en una película que aborde la cinemática, aún poco conocida, a escala del horizonte de sucesos».
Estas imágenes de varios años profundizan nuestra comprensión de uno de los entornos más extremos del Universo. Confirman las predicciones de Einstein, a la vez que revelan nuevas complejidades en los campos magnéticos y la formación de chorros, ofreciendo una visión sin precedentes del entorno inmediato del agujero negro.
- Anton Zensus, presidente fundador de la colaboración EHT y director del MPIfR, concluye: «Estos últimos resultados ilustran el notable dinamismo que rodea a un agujero negro supermasivo. La evolución de los patrones de polarización y los primeros conocimientos sobre la base del chorro nos acercan a la comprensión de la interacción entre los campos magnéticos, la acreción y el lanzamiento del chorro. También demuestran el valor de la colaboración internacional a largo plazo y la innovación técnica sostenida en radioastronomía, abriendo nuevas perspectivas al Universo».
Desde Chile, las astrónomas e investigadoras del Núcleo Milenio TITANS que estudia agujeros negros, colaboraron con el análisis de estos resultados del EHT. Se trata de la Dra. Dhanya Nair y la Dra. Silpa Sasikumar que trabajan en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción.
Por su parte, la Dra. Dhanya Nair, comparte: Las nuevas imágenes del EHT de la galaxia M87 muestran que los campos magnéticos cerca de su horizonte de sucesos son dinámicos, remodelándose constantemente y cambiando su patrón de polarización entre 2017 y 2021, mientras que la sombra del agujero negro permanece igual.”
«Por primera vez, capturamos en el mismo marco tanto el anillo cercano al horizonte como la débil emisión de radio en la base del chorro. Gracias a los telescopios adicionales del EHT en 2021 y técnicas de calibración mejoradas, ahora podemos vincular directamente la gravedad extrema cerca del horizonte de sucesos con los potentes chorros que moldean las galaxias a escala cósmica».
«Formar parte del equipo que calibró e hizo las imágenes de las observaciones de M87 realizadas en 2021 con el EHT, que condujeron a estos resultados, fue un desafío emocionante. Trabajé principalmente en la calibración de datos con CASA rPICARD y contribuí a la obtención de imágenes con ehtim , ayudando a garantizar que los resultados finales fueran confiables y robustos».
A su vez, la Dra. Silpa Sasikumar, desde de la Universidad de Concepción Chile, agrega: “De 2017 a 2021, el diámetro del anillo de M87* se mantuvo sin cambios, lo que confirmó la predicción de Einstein sobre la sombra del agujero negro, mientras que su patrón de polarización invirtió su dirección, lo que puso de relieve el complejo entorno dinámico que rodea al agujero negro supermasivo. Participé principalmente en la inspección y validación de datos de las nuevas observaciones del EHT, centrándome en evaluar su calidad e integridad”.
