Avances en el M87*: nuevos detalles del flujo de acreción del agujero negro
La colaboración del EHT, en la que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía, avanza en el estudio del agujero negro supermasivo M87*, ubicado en el centro de la galaxia M87. El análisis realizado, que combina observaciones de 2017 y 2018, ha revelado nuevos datos sobre la estructura y dinámica del plasma cercano al horizonte de sucesos de M87*.
El horizonte de sucesos, la frontera más allá de la cual nada –ni siquiera la luz– puede escapar de la extrema gravedad del agujero negro, sigue siendo una de las áreas más enigmáticas en el estudio del universo. A partir de observaciones realizadas en 2017 y 2018, la colaboración del Telescopio de Horizontes de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) ha profundizado en nuestra comprensión del agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia Messier 87, conocido como M87*. Este trabajo abre nuevas posibilidades para estudiar las regiones cercanas al horizonte de sucesos a lo largo de varios años, apoyándose en una biblioteca actualizada de imágenes simuladas que incluye más de 120.000 imágenes adicionales respecto a la versión anterior.
El equipo internacional, del que forma parte el IAA-CSIC, confirmó que el eje de rotación del agujero negro de la galaxia M87 apunta en dirección opuesta a la Tierra y demostró que la turbulencia dentro del disco de acreción —el gas que rota alrededor del agujero negro— juega un papel crucial a la hora de explicar el cambio observado en el pico de brillo del anillo de M87* en comparación con 2017. Los resultados, publicados en Astronomy & Astrophysics, representan un gran avance en el entendimiento de las dinámicas complejas en los entornos de los agujeros negros.
“La interacción entre un agujero negro y su turbulento entorno representa un fenómeno físico extremo regido por la gravedad. Con cada nueva observación, avanza nuestra comprensión de la compleja dinámica en los entornos más hostiles del universo, proporcionando pistas críticas sobre los misterios que rodean a los agujeros negros y sus entornos”, expone Kotaro Moriyama, investigador del grupo del EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC).
Nuevo análisis del agujero negro supermasivo
Seis años después de la histórica publicación de la primera imagen de un agujero negro, la colaboración del EHT revela un nuevo análisis del agujero negro supermasivo en el corazón de la galaxia M87. Este análisis combina observaciones realizadas en 2017 y 2018, proporcionando nuevos conocimientos sobre la estructura y dinámica del plasma cerca del horizonte de eventos.
Esta es la primera imagen captada del agujero negro que se sitúa en el corazón de nuestra galaxia. / ©EHT Collaboration.
Esta investigación representa un salto significativo en nuestra comprensión de los procesos extremos que rigen los agujeros negros y sus entornos, proporcionando nuevos conocimientos teóricos sobre algunos de los fenómenos más misteriosos del universo. «El entorno de acreción del agujero negro es turbulento y dinámico. Dado que podemos tratar las observaciones de 2017 y 2018 como mediciones independientes, podemos restringir el entorno del agujero negro desde una nueva perspectiva», explica Hung-Yi Pu, profesor asistente en la Universidad Normal Nacional de Taiwán.
Confirmaciones y predicciones
Las observaciones de 2018 confirman la presencia del anillo brillante detectado por primera vez en 2017, con un diámetro de aproximadamente 43 microsegundos de arco, en línea con las predicciones teóricas para la sombra de un agujero negro de 6.500 millones de masas solares. Un detalle notable es que la región más luminosa del anillo ha experimentado un desplazamiento de 30 grados en sentido antihorario.
«En nuestra interpretación teórica original de las observaciones de 2017, predijimos que la región más brillante probablemente se desplazaría en sentido antihorario. Estamos muy contentos de que las observaciones de 2018 confirmen esta predicción” explica Abhishek Joshi, estudiante de doctorado en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. “Esta variabilidad representa un hito observacional crucial para medir el giro del agujero negro y desvelar las complejidades de su geometría espacio-temporal” afirma Kotaro Moriyama (IAA-CSIC).
El hecho de que el anillo siga siendo más brillante en la parte inferior nos dice mucho sobre la orientación del giro del agujero negro. Bidisha Bandyopadhyay, investigadora posdoctoral de la Universidad de Concepción, añade que «la ubicación de la región más brillante en 2018 también refuerza nuestra interpretación previa de la orientación del agujero negro a partir de las observaciones de 2017: el eje de rotación del agujero negro apunta en dirección opuesta a la Tierra».
Utilizando una biblioteca recientemente desarrollada y ampliada de imágenes generadas por supercomputadoras —tres veces mayor que la usada para interpretar las observaciones de 2017— el equipo evaluó modelos de acreción con datos de las observaciones de 2017 y 2018. «Cuando el gas espiraliza hacia un agujero negro desde lejos, puede fluir en la misma dirección en que gira el agujero negro o en dirección contraria. Descubrimos que este último caso es más probable de coincidir con las observaciones de varios años, debido a su mayor variabilidad turbulenta», explica León Sosapanta Salas, estudiante de doctorado en la Universidad de Ámsterdam. «El análisis de los datos del EHT de M87 de años posteriores (2021 y 2022) ya está en marcha y promete proporcionar restricciones estadísticas aún más robustas y conocimientos más profundos sobre la naturaleza del flujo turbulento que rodea al agujero negro de M87».
Sobre la colaboración EHT
La colaboración del EHT incluye a más de 400 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y América del Sur. Esta colaboración internacional trabaja para capturar las imágenes más detalladas de agujeros negros jamás obtenidas, creando un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una considerable inversión internacional, el EHT conecta telescopios existentes utilizando sistemas novedosos, creando un instrumento fundamentalmente nuevo con el mayor poder de resolución angular alcanzado hasta la fecha.
Los telescopios individuales involucrados son ALMA, APEX, el Telescopio IRAM de 30 metros, el Observatorio IRAM NOEMA, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio de Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT). Los datos fueron correlacionados en el Instituto Max-Planck de Radioastronomía (MPIfR) y el Observatorio Haystack del MIT. El posprocesamiento se llevó a cabo dentro de la colaboración de un equipo internacional formado por diversas instituciones.
El consorcio del EHT está compuesto por 13 instituciones principales: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio del Este Asiático, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico, el Instituto Max Planck de 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 Smithsonian.
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