27 Mar 2024. Granada

Detectada la primera imagen en luz polarizada del agujero negro de nuestra galaxia

La red global de radiotelescopios EHT, en la que participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía, ha revelado la existencia de fuertes campos magnéticos girando en el borde del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea. En el centro de la galaxia M87 ya se detectó algo parecido, lo que sugiere que estos potentes campos magnéticos pueden ser comunes a todos los agujeros negros. 

La colaboración del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) ha presentado la primera imagen en luz polarizada de SgrA*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia. Esta imagen revela la presencia de intensos y organizados campos magnéticos que emergen en forma de espiral desde el borde mismo del agujero negro. Esta estructura es similar a la observada en el agujero negro central de la galaxia M87, lo que sugiere que estos campos magnéticos intensos pueden ser comunes a todos los agujeros negros y apunta a la posible existencia de un chorro oculto en SgrA*, como el existente en M87. Estos resultados han sido publicados en The Astrophysical Journal Letters.

En mayo de 2022 la colaboración del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT) presentó la primera imagen de Sgr A*. Este agujero negro supermasivo, a unos 27 000 años luz de la Tierra, mostraba un aspecto sorprendentemente similar al del agujero negro de la galaxia M87, a pesar de ser mas de mil veces más pequeño y menos masivo que éste. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios previos de M87* en este tipo de luz habían confirmado que la presencia de campos magnéticos está relacionada con la emisión de potentes chorros de material hacia el entorno circundante. Basándose en este trabajo, las nuevas imágenes revelaron que lo mismo podría ocurrir con Sgr A*.

«Lo que estamos observando ahora es la presencia de campos magnéticos intensos, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea», afirma Sara Issaoun, investigadora del Programa “Einstein” de Becas Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian, y co-líder del proyecto. «El hecho de que Sgr A* exhiba una estructura de polarización sorprendentemente similar a la de un agujero negro mucho más grande y potente como es M87*, nos ha permitido deducir que los campos magnéticos intensos y organizados desempeñan un papel fundamental en la interacción de los agujeros negros con el gas y la materia que los rodea».

Luz polarizada trazadora de campos magnéticos 

La luz es una onda electromagnética oscilante que nos permite percibir los objetos. En ocasiones, esta oscilación se produce en una dirección preferente. Es entonces cuando hablamos de  luz  polarizada. A pesar de que este tipo de luz es habitual en nuestro día a día, para los ojos humanos resulta indistinguible de la luz no polarizada. En el plasma que rodea a los agujeros negros, las partículas que se giran alrededor de las líneas del campo magnético emiten radiación con un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto posibilita observar con mayor detalle lo que está ocurriendo en las regiones de los agujeros negros y trazar las líneas de su campo magnético.

«Las imágenes de luz polarizada del gas incandescente caliente cerca de los agujeros negros nos permiten deducir de manera directa la estructura e intensidad de los campos magnéticos que atraviesan el flujo de gas y materia que alimenta al agujero negro, así como el que expulsa», afirma Angelo Ricarte, investigador del Black Hole Initiative Institute de la Universidad de Harvard, y co-líder del proyecto. «La luz polarizada nos ofrece valiosos conocimientos sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que ocurren mientras un agujero negro se alimenta.»

Un agujero negro dinámico

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse unas gafas de sol polarizadas, y esto es especialmente cierto en el caso de Sgr A*, que cambia tan rápidamente que no se queda quieto para las fotografías. Para obtener imágenes de este agujero negro supermasivo se necesitan herramientas más sofisticadas que las utilizadas anteriormente para capturar M87*, un objetivo mucho más estable. «Las imágenes de agujeros negros en luz polarizada revelan mucho más de lo que se ve a simple vista, algo así como leer por fin la historia dentro de un libro después de haber visto sólo su portada», comenta José L. Gómez, vicepresidente del Consejo Científico del EHT y líder del grupo EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía.

«Sin embargo, debido a que SgrA* está en constante movimiento, obtener incluso la imagen no polarizada resultó ser un inmenso desafío. Por ello, nos sentimos aliviados al comprobar que sí era posible obtener una imagen polarizada, lo que nos permite echar un vistazo por primera vez a los campos magnéticos que se arremolinan alrededor del agujero negro central de nuestra galaxia», añade Gómez.

Agujeros negros universales

Contar con imágenes y datos de ambos agujeros negros supermasivos en luz no polarizada abre nuevas oportunidades para comparar y contrastar agujeros negros de distintos tamaños y masas. A medida que la tecnología avance, es probable que estas imágenes revelen aún más secretos sobre los agujeros negros y sus posibles similitudes o diferencias.

«El patrón de polarización ofrece una oportunidad única para desentrañar los misterios de la estructura del espaciotiempo y explorar la existencia de un débil chorro cerca de Sgr A*, abordando una cuestión que ha desafiado a los científicos durante años», afirma Kotaro Moriyama, investigador postdoctoral en el IAA-CSIC y uno de los coordinadores del Grupo de Trabajo de Imágenes del EHT. «Este hito tendrá un impacto significativo en la mejora de los modelos teóricos y las simulaciones, así como en los futuros planes de observación del EHT, ayudando a nuestra comprensión más profunda del comportamiento de la materia en las proximidades de los agujeros negros», añade Moriyama.

El EHT ha llevado a cabo varias observaciones desde 2017 y se prevé que vuelva a observar Sgr A* en abril de 2024. Cada año, las imágenes mejoran a medida que el EHT incorpora nuevos telescopios, un mayor ancho de banda y nuevas frecuencias de observación. Las expansiones previstas para la próxima década permitirán obtener películas de Sgr A* con una alta fiabilidad, lo que podría revelar la presencia de un chorro oculto y permitir a los astrónomos observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Mientras tanto, la ampliación del EHT al espacio proporcionará imágenes de los agujeros negros más nítidas que nunca.

Un avance clave para el EHT es la incorporación de una nueva antena en el Observatorio del Teide en las Islas Canarias, un proyecto liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Esta nueva antena mejorará significativamente la sensibilidad del EHT, lo que es crucial para producir las primeras películas de agujeros negros. Además, el equipo del IAA está liderando dentro del EHT el desarrollo de algoritmos de última generación que son esenciales para la producción de estas primeras películas de agujeros negros. Esta iniciativa fue recientemente destacada en nuestro congreso inaugural sobre el tema, celebrado en Granada el pasado febrero, marcando un paso crucial hacia la realización de este ambicioso objetivo.

Más información

La colaboración del EHT cuenta con la participación de más de 300 investigadores de África, Asia, Europa, y América del Norte y del Sur. Este esfuerzo internacional tiene como objetivo capturar las imágenes de agujeros negros con un nivel de detalle sin precedentes, mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el respaldo de una inversión internacional considerable, el EHT conecta telescopios existentes mediante sistemas innovadores, dando lugar a un instrumento completamente nuevo con la mayor potencia de resolución angular alcanzada hasta el momento.

Los telescopios involucrados en el EHT son ALMA, APEX, el IRAM 30-meter Telescope, el IRAM NOEMA Observatory, el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Large Millimeter Telescope (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT), el South Pole Telescope (SPT), el Kitt Peak Telescope, y el Greenland Telescope (GLT).  Los datos fueron correlacionados en el Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) y en el Observatorio Haystack del MIT. El procesamiento posterior fue realizado dentro de la colaboración por un equipo internacional en diferentes instituciones, con una participación muy destacada del Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC).

El consorcio EHT incluye  trece instituciones interesadas, además de otros muchos institutos de investigación en todo el mundo, incluyendo el IAA-CSIC: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de Academia Sinica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Frankfurt, 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.

Referencias:

‘First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring’, The Astrophysical Journal Letters. (doi: 10.3847/2041-8213/ad2df0)

‘First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII. Physical Interpretation of the Polarized Ring’ The Astrophysical Journal Letters. (doi: 10.3847/2041-8213/ad2df1).

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