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La colaboración EHT (Event Horizon Telescope o Telescopio del Horizonte de Sucesos), que produjo la primera imagen de un agujero negro, ha revelado cómo se ve con luz polarizada el enorme objeto que hay en el centro de la galaxia Messier 87 (M87).
Es la primera vez que los astrónomos son capaces de medir la polarización (una huella que dejan los campos magnéticos) tan cerca del borde de un agujero negro. Las observaciones son clave para explicar cómo la galaxia M87, situada a 55 millones de años luz de distancia, es capaz de lanzar chorros energéticos desde su núcleo.
“Lo que vemos es la siguiente evidencia crucial para entender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región muy compacta del espacio puede generar potentes chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia”, afirma Monika Mościbrodzka, Coordinadora del Grupo de Trabajo de Polarimetría del EHT y Profesora Adjunta en la Universidad Radboud (Países Bajos).
El 10 de abril de 2019, un equipo de científicos publicó la primera imagen de un agujero negro, revelando una estructura brillante similar a un anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Desde entonces, la colaboración EHT ha profundizado en los datos recopilados en 2017 sobre el objeto supermasivo que se encuentra en el corazón de la galaxia M87. Han descubierto que una fracción significativa de la luz que hay alrededor del agujero negro M87 está polarizada.
La siguiente imagen muestra una vista polarizada del agujero negro de M87. Las líneas marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético que hay alrededor de la sombra del agujero negro.
“Este trabajo es un hito importante: la polarización de la luz lleva información que nos permite entender mejor la física que hay detrás de la imagen que vimos en abril de 2019, algo que antes no era posible”, explica Iván Martí-Vidal, también coordinador del Grupo de Trabajo de Polarimetría del EHT e Investigador Distinguido GenT en la Universidad de Valencia (España). Añade que “la presentación de esta nueva imagen de luz polarizada requirió años de trabajo debido a las complejas técnicas implicadas en la obtención y análisis de los datos”.
La luz se polariza cuando pasa por ciertos filtros, como las lentes de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones calientes del espacio donde hay campos magnéticos. Del mismo modo en que las lentes de sol polarizadas nos ayudan a ver mejor reduciendo los reflejos y el deslumbramiento que provocan las superficies brillantes, los astrónomos pueden obtener una visión más precisa de la región que hay alrededor del agujero negro estudiando cómo se polariza la luz que se origina en ella. En concreto, la polarización permite a los astrónomos mapear las líneas de campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.
Según Andrew Chael, miembro de la colaboración EHT e Investigador Fellow NASA Hubble en el Centro para Ciencias Teóricas de Princeton y la Iniciativa Gravity de Princeton (EE.UU.), “Las imágenes polarizadas recién publicadas son clave para entender cómo el campo magnético permite que el agujero negro ‘coma’ materia y lance potentes chorros”.
Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87 y se extienden al menos 5000 años luz desde su centro, son una de las características más misteriosas y energéticas de la galaxia. La mayoría de la materia que hay cerca del borde de un agujero negro acaba precipitándose en él. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son lanzadas al espacio a grandes distancias en forma de chorros.
Los astrónomos se han basado en diferentes modelos de cómo se comporta la materia cerca de este agujero negro para entender mejor el proceso. Pero todavía no saben exactamente cómo se lanzan chorros más grandes que la propia galaxia desde su región central (comparable en tamaño al Sistema Solar), ni cómo cae la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen obtenida por el EHT del agujero negro y su sombra en luz polarizada, los astrónomos han podido estudiar por primera vez la región que hay justo fuera del agujero negro, donde tiene lugar esta interacción entre la materia que fluye y la que es expulsada.
La siguiente composición muestra tres vistas de la región central de la galaxia Messier 87 (M87) en luz polarizada.
Las observaciones proporcionan nueva información sobre la estructura de los campos magnéticos que hay justo fuera del agujero negro. El equipo vio que, para explicar lo que están viendo en el horizonte de sucesos, solo encajaban los modelos teóricos que incluían gas fuertemente magnetizado.
“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos del borde del agujero negro son lo suficientemente fuertes como para tirar del gas caliente, haciendo que resista la atracción gravitatoria. Sólo el gas que se desliza a través del campo puede entrar en espiral hacia el horizonte de sucesos”, explica Jason Dexter, Profesor Adjunto de la Universidad de Colorado Boulder (EE.UU.) y coordinador del Grupo de Trabajo de Teoría del EHT.
Para observar el corazón de la galaxia M87, la colaboración vinculó ocho telescopios de todo el mundo -entre ellos ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), con sede en el norte de Chile- para crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. La impresionante resolución obtenida con el EHT es equivalente a la necesaria para medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna.
“Con ALMA y APEX, que por su ubicación en el sur mejoran la calidad de imagen añadiendo ampliación geográfica a la red EHT, los científicos europeos han podido desempeñar un papel central en la investigación”, afirma Francisca Kemper, científica del Programa Europeo ALMA de ESO. “Con sus 66 antenas, ALMA domina la colección general de señales en luz polarizada, mientras que APEX ha sido esencial para la calibración de la imagen”. añade.
“Los datos de ALMA también fueron cruciales para calibrar, obtener imágenes e interpretar las observaciones del EHT, proporcionando un marco restringido a los modelos teóricos que explican cómo se comporta la materia cerca del horizonte de sucesos del agujero negro”, añade Ciriaco Goddi, científico de la Universidad de Radboud y del Observatorio de Leiden (Países Bajos), quien dirigió un estudio de apoyo que se basó únicamente en observaciones de ALMA.
La siguiente composición muestra tres vistas de la región central de la galaxia Messier 87 (M87) en luz polarizada y una vista, en la longitud de onda visible, tomada con el Telescopio Espacial Hubble.
La configuración EHT permitió al equipo observar directamente la sombra del agujero negro y el anillo de luz a su alrededor, con la nueva imagen de luz polarizada mostrando claramente que el anillo está magnetizado.
Los resultados se publicaron en dos artículos separados de la colaboración EHT en la revista The Astrophysical Journal Letters. En la investigación participaron más de 300 investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.
“El EHT está haciendo rápidos avances, se están añadiendo nuevos observatorios y se llevan a cabo actualizaciones tecnológicas. Esperamos que futuras observaciones de EHT revelen con mayor precisión la estructura del campo magnético que hay alrededor del agujero negro y nos cuenten más sobre la física del gas caliente de esta región”, concluye Jongho Park, miembro de la colaboración EHT y Fellow en la Asociación de Observatorios Principales de Asia Oriental del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, en Taipei.
