Detectan filamentos helicoidales en el chorro lanzado por un agujero negro supermasivo

Los blázares son las fuentes de radiación continua más potentes del universo. Al igual que el resto de las galaxias activas, muestran una estructura formada por un agujero negro supermasivo central rodeado de un disco de materia que lo alimenta, pero se hallan entre el 10% de las galaxias activas que presentan un chorro de materia que emerge de ambos polos a altísima velocidad, y entre el porcentaje aún menor de casos en los que su orientación nos permite ver el chorro casi de frente.

Ahora, un grupo de investigadores encabezado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha observado el chorro de la galaxia 3C 279 con una resolución sin precedentes y ha hallado filamentos helicoidales con una estructura de doble hélice que requiere una actualización de los modelos teóricos usados hasta ahora.

Gracias a RadioAstron, un radiotelescopio ruso en órbita capaz de alcanzar distancias cercanas a la Luna, y a una red de veintitrés radiotelescopios repartidos por toda la Tierra, el equipo de investigación ha obtenido la imagen con mayor resolución del interior de un blázar hasta la fecha, lo que «nos ha permitido observar por primera vez la estructura interna del chorro», señala Antonio Fuentes, investigador del IAA que encabeza el trabajo.

El resultado, publicado en Nature Astronomy, revela que el chorro de 3C 279 muestra una compleja estructura compuesta por al menos dos filamentos helicoidales que se extienden desde cerca del núcleo hasta más de 570 años luz de distancia. Se trata de una estructura nunca vista, y que amplía un resultado anterior: en 2020, el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), que obtuvo la primera imagen de un agujero negro en 2019, reveló estructuras insesperadas en el núcleo de 3C 279, pero la sensibilidad proporcionada por el EHT era insuficiente para observar los filamentos.

Imagen de alta resolución del chorro relativista en el blázar 3C 279 obtenida con RadioAstron. Comparativa con la imagen obtenida por el Very Long Baseline Array y la ubicación de la fuente en el cielo (nótese que las escalas son muy diferentes). Imagen: NASA/DOE/Fermi LAT

El hallazgo implica una actualización de los modelos teóricos

«Las propiedades de los filamentos helicoidales nos permiten concluir que están originados por inestabilidades en el plasma que componen los chorros. Sumando todos los ingredientes, descubrimos que el modelo usado durante cuatro décadas para explicar la variabilidad en radio asociada a los chorros no funciona en este caso, por lo que proponemos un modelo alternativo para explicarla, que tiene en cuenta las estructuras recién observadas», señala Fuentes.

Además, el estudio apunta a la presencia de un campo magnético helicoidal que confina el chorro. Sería, por tanto, el campo magnético, que en 3C 279 gira en sentido horario alrededor del chorro, lo que canaliza el material que viaja a lo largo de él a una velocidad de 0.997 veces la de la luz.

«Este resultado, junto con otros recientes, sugiere que los chorros de los blázares presentan una estructura interna compleja y rica, más allá de las morfologías en forma de cono observadas en los estudios de menor resolución. Nuestros resultados abren además la puerta a la reinterpretación y reanálisis de muchas otras fuentes de este tipo, y ponen de manifiesto la importancia de nuevas redes globales de radiotelescopios que alcancen mayor resolución angular y sensibilidad, como el Next Generation EHT en la próxima década y, más a largo plazo, misiones espaciales que operen en longitudes de onda milimétricas», concluye José Luis Gómez, investigador del IAA-CSIC y coautor del trabajo.

*Referencia:  Fuentes, J. L. Gómez et al. ‘Filamentary structures as the origin of blazar jet radio variability’. Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7