Astrónomos revelan fuertes campos magnéticos que giran en espiral en el borde del agujero negro central de la Vía Láctea

Una nueva imagen de la colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) ha descubierto campos magnéticos fuertes y organizados que giran en espiral desde el borde del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*). Visto en luz polarizada por primera vez, esta nueva imagen del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea ha revelado una estructura de campo magnético sorprendentemente similar a la del agujero negro en el centro de la galaxia M87, lo que sugiere que campos magnéticos intensos pueden ser comunes a todos los agujeros negros. Esta similitud también sugiere un chorro oculto en Sgr A*. Los resultados fueron publicados hoy en The Astrophysical Journal Letters.

Los científicos revelaron la primera imagen de Sgr A*— que está aproximadamente a 27.000 años luz de la Tierra— en 2022, revelando que, si bien el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea es más de mil veces más pequeño y menos masivo que el de M87, se ve notablemente similar. Esto hizo que los científicos se preguntaran si los dos compartían rasgos comunes más allá de su apariencia. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios previos de la luz alrededor de M87* revelaron que los campos magnéticos alrededor del agujero negro gigante le permitían lanzar potentes chorros de material de regreso al entorno circundante. A partir de este trabajo, las nuevas imágenes han revelado que lo mismo puede ser cierto para Sgr A*.

“Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea”, dijo Sara Issaoun, becaria Einstein del Programa de Becas Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y colíder del proyecto. “Además de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro mucho más grande y poderoso de M87*, hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son críticos para la manera en que los agujeros negros interactúan con el gas y la materia que los rodea.»

La luz es una onda electromagnética oscilante o en movimiento que nos permite ver objetos. A veces, la luz oscila en una orientación preferida y la llamamos «polarizada». Aunque nos rodea la luz polarizada, para el ojo humano es indistinguible de la luz «normal». En el plasma que rodea estos agujeros negros, las partículas que giran alrededor de las líneas del campo magnético imparten un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto permite a los astrónomos ver cada vez con más detalle lo que sucede en las regiones de los agujeros negros y mapear sus líneas de campo magnético.

«Al obtener imágenes de la luz polarizada del gas caliente y brillante cerca de los agujeros negros, estamos infiriendo directamente la estructura y la fuerza de los campos magnéticos que enhebran el flujo de gas y materia de los que se alimenta y expulsa el agujero negro», dijo el miembro de la Iniciativa de Agujeros Negros de Harvard y colíder del proyecto, Angelo Ricarte. «La luz polarizada nos enseña mucho más sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que tienen lugar cuando un agujero negro se alimenta.»

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse un par de gafas de sol polarizadas, y esto es particularmente cierto en el caso de Sgr A*, que está cambiando tan rápido que no se queda quieto para tomar fotografías. Obtener imágenes del agujero negro supermasivo requiere herramientas sofisticadas superiores a las utilizadas anteriormente para capturar M87*, un objetivo mucho más estable. El director científico de EHT Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica de Taiwán, dijo: “Hacer una imagen polarizada es como abrir el libro después de haber visto solo la portada. Debido a que Sgr A* se mueve mientras intentamos tomarle una fotografía, fue difícil construir incluso la imagen no polarizada”, agregando que la primera imagen era un promedio de múltiples imágenes debido al movimiento de Sgr A*. “Nos sentimos aliviados de que fuera posible obtener imágenes polarizadas. Algunos modelos eran demasiado confusos y turbulentos para construir una imagen polarizada, pero la naturaleza no era tan cruel.”

Los científicos están entusiasmados de tener imágenes de ambos agujeros negros supermasivos en luz polarizada porque estas imágenes, y los datos que las acompañan, proporcionan nuevas formas de comparar y contrastar agujeros negros de diferentes tamaños y masas. A medida que la tecnología mejora, es probable que las imágenes revelen aún más secretos de los agujeros negros y sus similitudes o diferencias.

Mariafelicia De Laurentis, directora científica adjunta del EHT y profesora de la Universidad Federico II de Nápoles, Italia, dijo: “El hecho de que la estructura del campo magnético de M87* sea tan similar a la de Sgr A* es significativo porque sugiere que los procesos físicos que gobiernan cómo un agujero negro se alimenta y lanza un chorro podrían ser universales entre los agujeros negros supermasivos, a pesar de las diferencias en masa, tamaño y entorno circundante. Este resultado nos permite perfeccionar nuestros modelos teóricos y simulaciones, mejorando nuestra comprensión de cómo se ve influenciada la materia cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro.”

El EHT ha realizado varias observaciones desde 2017 y está previsto que observe Sgr A* nuevamente en abril de 2024. Cada año, las imágenes mejoran a medida que el EHT incorpora nuevos telescopios, mayor ancho de banda y nuevas frecuencias de observación. Las expansiones planificadas para la próxima década permitirán generar películas de alta fidelidad de Sgr A*, potencialmente revelando un chorro oculto y permitiendo a los astrónomos observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Mientras tanto, extender el EHT al espacio proporcionará imágenes de los agujeros negros más nítidas que nunca.

A través de la exitosa colaboración científica y tecnológica binacional entre México y Estados Unidos, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), operado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), centro coordinado por el Conahcyt, y la Universidad de Massachusetts Amherst (UMass), con un reflector primario de 50 metros de diámetro es el radiotelescopio de antena única más grande del mundo que realiza observaciones en longitudes de onda en la banda de un milímetro. La sensibilidad del GTM por su gran superficie colectora a una altitud de 4600 metros sobre el nivel del mar en la cima del volcán Sierra Negra en el estado de Puebla, combinada con su ubicación geográfica al centro del arreglo de los telescopio participantes en el EHT, han representado una contribución crucial a las distintas observaciones realizadas por esta red de telescopios desde el 2017. El proceso de mejoras continuas en la optimización de la infraestructura del GTM y el desarrollo de nuevos instrumentos permitirán maximizar la participación futura de México en la producción de imágenes más sensibles y películas con el EHT, y así explorar y contribuir a entender las condiciones físicas más extremas del Universo en torno a estos agujeros negros súper masivos.

Esta investigación fue presentada en dos artículos de la colaboración EHT publicados hoy en The Astrophysical Journal Letters: «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring» (doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad2df0) y «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Resultados. VIII. Interpretación Física del Anillo Polarizado» (doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad2df1).

La colaboración EHT involucra a más de 300 investigadores de África, Asia, Europa y América del Norte y del Sur. La colaboración internacional está trabajando para capturar las imágenes de agujeros negros más detalladas jamás obtenidas mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el respaldo de una considerable inversión internacional, el EHT vincula telescopios existentes utilizando sistemas novedosos, creando un instrumento fundamentalmente nuevo con el mayor poder de resolución angular que se haya logrado hasta ahora.

Los telescopios individuales involucrados en el EHT en abril de 2017, cuando se realizaron las observaciones, fueron: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), el Telescopio de 30 metros del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM) , el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico de Arizona (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT). Desde entonces, el EHT ha agregado a su red el Telescopio de Groenlandia (GLT), el IRAM Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) y el Telescopio de 12 metros de la Universidad de Arizona en Kitt Peak.

El consorcio EHT está formado por 13 instituciones: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Goethe-Universitaet Frankfurt, el Institut de Radioastronomie Millimétrique, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (representado por el INAOE y la UMass), el Instituto Max Planck para Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, la Universidad de Radboud y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano.

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