Observaciones del Telescopio del Horizonte de Sucesos revelan una evolución turbulenta del agujero negro de M87

En 2019, la colaboración del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT) publicó la primera imagen de la sombra de un agujero negro, en concreto de M87*, el objeto supermasivo situado en el centro de la galaxia M87.

Aprovechando la experiencia adquirida, el equipo del EHT ha analizado observaciones de M87* obtenidas previamente entre los años 2009 y 2013, muchas de los cuales aún no habían visto la luz.

Este completo análisis ha revelado el comportamiento de la imagen del agujero negro a lo largo de varios años. Los resultados muestran variaciones temporales en la orientación de la característica sombra en forma de media luna de M87*, compatibles con un aparente “bamboleo”. Los resultados se publican hoy en The Astrophysical Journal.

Más de una década de datos

El EHT es un conjunto de telescopios repartidos por todo el planeta que realizan observaciones sincronizadas utilizando la técnica de Interferometría de muy larga base (VLBI), gracias a la cual operan como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra con una resolución de imagen tan excepcionalmente alta que “nos permitiría seguir una partida de billar en la Luna y no perder detalle del marcador”, según declara Maciek Wielgus, astrónomo del Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian (CfA) y principal autor del trabajo.

Imagenes del agujero negro M87* y la configuración de telescopios del EHT en 2009-2017. El diametro de todos los anillos es similar, pero varía la localización de la zona más brillante. Credito: M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration.

“El año pasado vimos la imagen de la sombra del agujero negro consistente en una brillante media luna formada por plasma caliente que se arremolina alrededor de M87* en forma de anillo asimétrico, y una parte central oscura, donde creemos que se sitúa el horizonte de sucesos», – continúa Wielgus – «Pero esos resultados se basaron sólo en observaciones realizadas a lo largo de una ventana de observación de una semana en abril de 2017, un periodo demasiado corto para observar cambios en dicha sombra. Hemos recurrido a los datos de archivo para comprobar si el tamaño y orientación de esta media luna permanecía o no constante en el tiempo”.

Ampliando el análisis a las observaciones de M87* obtenidas entre 2009 y 2017 – con un prototipo de EHT, con un menor número de telescopios -, lo primero que los científicos han demostrado es que el diámetro de la sombra del agujero negro ha permanecido constante a lo largo de este periodo, y es además consistente con la predicción de lateoría de la relatividad general de Einstein para un agujero negro de 6500 millones de masas solares.

Pero mientras que el diámetro de la media luna se mantuvo constante, el equipo de EHT ha encontrado que los datos escondían una sorpresa: el anillo tiene un movimiento de bamboleo.

Por primera vez se ha podido observar la estructura dinámica del flujo de acreción tan cerca del horizonte de sucesos del agujero negro, en condiciones de gravedad extrema. El gas que cae en un agujero negro se calienta hasta miles de millones de grados, se ioniza y se vuelve turbulento en presencia de campos magnéticos. Debido a este comportamiento turbulento, la media luna parece “bambolear” en el tiempo.

Animación que muestra la consistencia del diámetro del anillo y las incertidumbres en las medidas de la orientación. Credito: M. Wielgus & the EHT Collaboration.

«Una vez más el EHT nos abre una ventana completamente nueva en el estudio de los agujeros negros, permitiéndonos esta vez obtener un primer vistazo sobre como ‘engullen’ en material que los rodea y los convierte en los objetos más energéticos conocidos en el Universo», comenta Rocco Lico, miembro del equipo de trabajo del EHT en el IAA-CSIC participante en el estudio, junto con los investigadores José Luis Gómez, Guang-Yao Zhao, y Antxon Alberdi.

«Estas primeras observaciones del EHT nos proporcionan un tesoro que, incluso con la extraordinaria resolución de su actual configuración, no se puede igualar», declara Shep Doeleman, Director Fundador del EHT. «Cuando medimos por primera vez el tamaño de M87* en 2009, no podíamos imaginar que nos iba a ayudar a desentrañar la dinámica de los agujeros negros. Si quieres ver un agujero negro evolucionar durante una década, no hay mejor forma que tener una década de datos».

El equipo del EHT planea observar M87* con un conjunto ampliado de telescopios. Ya en 2018, las observaciones se realizaron con un telescopio adicional ubicado en Groenlandia y en 2021 se planean observaciones con dos sitios adicionales más. Esto proporcionará una excelente calidad de imagen y extraordinario conjunto de datos para estudiar la dinámica de las turbulencias.