(Principal) la primera imagen de un agujero negro, el agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia M87 (recuadro) Curva de luz de la llamarada de rayos gamma (abajo) y colección de imágenes casi simultáneas del chorro de M87 (arriba) a varias escalas obtenidas en radio y rayos X durante la campaña de 2018.(Crédito de las imágenes: Colaboración EHT, Colaboración Fermi-LAT, Colaboración HESS, Colaboración MAGIC, Colaboración VERITAS, Colaboración EAVN).
En 2018, se reveló que un telescopio pionero del tamaño de la Tierra había tomado, por primera vez, una imagen de un agujero negro. Ese mismo instrumento, el Event Horizon Telescope (EHT), ha sido ahora testigo de la erupción del mismo agujero negro con una potente e inesperada explosión. Los científicos esperan que, estudiando esta emisión, puedan modelizar mejor la estructura que rodea a los agujeros negros supermasivos.
La llamarada, que duró unos tres días en abril y mayo de 2018, entró en erupción desde el agujero negro supermasivo designado M87*, que se encuentra en el corazón de la galaxia M87, situada a unos 55 millones de años luz de distancia. Los 25 telescopios terrestres y en órbita que componen el EHT vieron el estallido en forma de luz de alta energía llamada rayos gamma.
No sólo era la primera vez que M87* lanzaba una llamarada desde 2010, sino que además la erupción fue más energética que las llamaradas típicas de este agujero negro.
Se cree que los agujeros negros supermasivos se encuentran en el centro de todas las grandes galaxias, incluida la nuestra, la Vía Láctea.
M87* se distingue del agujero negro supermasivo central de la Vía Láctea, Sagitario A* (Sgr A*). Nuestro agujero negro supermasivo doméstico tiene una masa equivalente a la de unos 4,3 millones de soles, ¡mientras que M87* tiene una masa equivalente a unos 5.400 millones de soles!
Pero M87* también difiere de Sgr A* en que este agujero negro más distante se alimenta vorazmente. Esa alimentación es responsable de los chorros conectados a las llamaradas de alta energía, como la erupción de rayos gamma que el EHT detectó en 2018. «Junto con las observaciones submilimétricas del EHT, los nuevos datos recogidos en múltiples bandas de radiación ofrecen una oportunidad única para comprender las propiedades de la región de emisión de rayos gamma, vincularla a posibles cambios en el chorro de M87 y permitir pruebas más sensibles de la relatividad general», dijo en un comunicado el líder del proyecto e investigador de la Universidad de Trieste, Giacomo Principe. «Estas observaciones pueden arrojar luz sobre algunas de las principales cuestiones de la astrofísica que aún están sin resolver».
«¿Cómo se originan los potentes chorros relativistas que se observan en algunas galaxias? ¿Dónde se aceleran las partículas responsables de la emisión de rayos gamma? ¿Qué fenómeno las acelera hasta energías de billones de electronvoltios? ¿Cuál es el origen de los rayos cósmicos?».
Los agujeros negros son comedores desordenados
Lo que realmente diferencia a los agujeros negros es la preponderancia de materia que los rodea. Mientras que algunos, como Sgr A*, existen en despensas relativamente vacías (si nuestro agujero negro fuera un ser humano, existiría con una dieta de un grano de arroz cada millón de años), otros, como M87*, tienen abundancia de materia de la que alimentarse.
Sin embargo, aunque la imagen que tenemos de un agujero negro es la de un titán cósmico que todo lo consume y devora y del que nada escapa, los agujeros negros supermasivos como M87* son en realidad unos devoradores bastante derrochadores. Como niños malhumorados, la mayor parte de la comida destinada a estos agujeros negros acaba siendo arrojada violentamente.
La materia que rodea a los agujeros negros supermasivos existe en una nube aplanada llamada disco de acreción y en forma de gas sobrecalentado llamado «plasma» porque todavía tiene momento angular, o giro. Este momento angular también significa que este plasma no puede caer directamente al agujero negro; en su lugar, se arremolina alrededor del agujero negro supermasivo central y se alimenta gradualmente hacia él.
Sin embargo, los agujeros negros supermasivos también están rodeados de potentes campos magnéticos. Éstos canalizan el material del disco de acreción hacia los polos del agujero negro. En un momento dado, estas partículas se aceleran a velocidades cercanas a la de la luz y salen despedidas en forma de chorros de alta energía.
Estos chorros van acompañados de estallidos de radiación electromagnética, como la llamarada de rayos gamma de la que fue testigo el EHT.
Curva de luz de la llamarada de rayos gamma (abajo) y colección de imágenes casi simultáneas del chorro de M87 (arriba) a varias escalas obtenidas en radio y rayos X durante la campaña de 2018. (Crédito de las imágenes: Colaboración EHT, Colaboración Fermi-LAT, Colaboración HESS, Colaboración MAGIC, Colaboración VERITAS, Colaboración EAVN).
El estallido energético de M87* observado por el EHT mostró que el chorro a velocidad cercana a la de la luz que brota alrededor de este agujero negro se extiende hasta una distancia sorprendente. El chorro es decenas de millones de veces más ancho que el propio agujero negro. La diferencia de tamaño es tan grande que se asemeja a la erupción de una ballena azul a partir de una sola bacteria.
La forma en que los agujeros negros lanzan estos chorros sigue siendo un misterio, y los científicos del EHT esperan que estas observaciones ayuden a llegar al fondo de la cuestión.
«En particular, estos resultados ofrecen la primera oportunidad de identificar el punto en el que se aceleran las partículas que provocan la llamarada, lo que podría resolver un antiguo debate sobre el origen de los rayos cósmicos (partículas de muy alta energía) procedentes del espacio que se detectan en la Tierra», prosigue Príncipe.
Los observatorios y telescopios que participaron en la campaña multibanda de 2018 para detectar la llamarada de rayos gamma de alta energía del agujero negro M87*. (Crédito de la imagen: Colaboración EHT, Colaboración Fermi-LAT, Colaboración HESS, Colaboración MAGIC, Colaboración VERITAS, Colaboración EAVN).El EHT se basa en la colaboración entre instrumentos, y estos resultados son un claro ejemplo de ello.
Además de los telescopios que ya se combinan para convertir el EHT en un telescopio del tamaño de la Tierra, esta campaña recurrió a instrumentos espaciales como Fermi, NuSTAR, Chandra y Swift.
«Fermi-LAT ha revelado un notable aumento de flujo en el mismo periodo que los otros observatorios, ayudando a identificar la región de emisión de rayos gamma durante estos aumentos de brillo», dijo Elisabetta Cavazzuti, responsable de Fermi. «M87 Es un laboratorio que demuestra una vez más la importancia de tener observaciones coordinadas en múltiples longitudes de onda y además bien muestreadas para caracterizar completamente la variabilidad espectral de la fuente, variabilidad que probablemente se extiende a lo largo de diferentes escalas de tiempo, con la visión más amplia posible, completa a través de todo el espectro electromagnético.»
Gracias a la colaboración entre estos y otros telescopios, los científicos pudieron distinguir un claro cambio en el ángulo del chorro procedente del núcleo de M87. Esto parece ocurrir anualmente.
El equipo también observó cambios correlacionados en el horizonte de sucesos, el límite exterior de todo agujero negro que atrapa la luz. Esto sugiere una conexión entre los horizontes de sucesos y los potentes chorros lanzados por los agujeros negros.
«En la primera imagen durante la campaña de observación de 2018, se vio que este anillo no era homogéneo y, por lo tanto, tenía asimetrías (es decir, áreas más brillantes)», concluyó Príncipe. «Las observaciones posteriores realizadas en 2018 y vinculadas a los estudios científicos de esta publicación confirmaron los datos, pero destacaron que el ángulo de posición de la asimetría había cambiado.»
La investigación del equipo se publicó el viernes (13 de diciembre) en la revista Astronomy & Astrophysics.
