Redacción
En 2019, la Colaboración del Telescopio Event Horizon (EHT) entregó la primera imagen de un agujero negro, revelando a M87*, el objeto supermasivo en el centro de la galaxia M87. El equipo del EHT ha utilizado ahora las lecciones aprendidas el año pasado para analizar los conjuntos de datos de archivo de 2009-2013, algunos de ellos no publicados antes.
El análisis revela el comportamiento de la imagen del agujero negro a través de varios años, indicando la persistencia del rasgo de la sombra en forma de media luna, pero también la variación de su orientación: la media luna parece estar tambaleándose. Los resultados completos aparecieron en la revista The Astrophysical Journal.
El EHT es un conjunto global de telescopios que realizan observaciones sincronizadas usando la técnica Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Juntos forman una radio parabólica virtual del tamaño de la Tierra, que proporciona una resolución de imagen excepcionalmente alta. “¡Con la increíble resolución angular del EHT podríamos observar un juego de billar que se jugara en la Luna y no perder la cuenta del resultado!”, dijo el astrónomo Maciek Wielgus, autor principal del artículo. En 2009-2013 el agujero negro M87* fue observado por un prototipo inicial del EHT, con telescopios ubicados en tres sitios geográficos en 2009-2012, y cuatro sitios en 2013. En 2017 el EHT alcanzó su madurez con telescopios situados en cinco sitios geográficos distintos en todo el mundo.
“El año pasado vimos una imagen de la sombra de un agujero negro, consistiendo en una brillante media luna formada por plasma caliente que se arremolina alrededor de M87*, y una parte central oscura, donde esperamos que esté el horizonte de sucesos del agujero negro”, dijo Wielgus. “Pero esos resultados se basaron solo en observaciones realizadas a lo largo de una ventana de una semana en abril de 2017, que es demasiado corta para apreciar muchos cambios. Basándonos en los resultados del año pasado nos hicimos las siguientes preguntas: ¿es esta morfología en forma de media luna consistente con los datos de archivo? ¿Indicarían los datos de archivo un tamaño y orientación similar de la media luna?”.
Instantáneas del aspecto del agujero negro M87*, obtenidas a través de imágenes/modelado geométrico, y del conjunto de telescopios EHT en 2009-2017. El diámetro de todos los anillos es similar, pero la ubicación del lado brillante varía. (Foto: M. Wielgus, D. Pesce & the EHT Collaboration)
Las observaciones de 2009-2013 contienen muchos menos datos que las realizadas en 2017, lo que hace imposible crear una imagen. En su lugar, el equipo de EHT utilizó modelos estadísticos para observar cambios en la apariencia de M87* a lo largo del tiempo. Si bien no se hacen suposiciones a través de este método de visualización en relación a la morfología de la fuente, en el método de modelización los datos se comparan con una familia de plantillas geométricas, en este caso anillos de brillo no uniforme. A continuación se emplea un marco estadístico para determinar si los datos son coherentes con esos modelos y para encontrar los parámetros de modelo más adecuados.
Ampliando el análisis a las observaciones de 2009-2017, los científicos han demostrado que M87* se adhiere a las expectativas teóricas. El diámetro de la sombra del agujero negro ha permanecido consistente con la predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein para un agujero negro de 6.500 millones de masas solares. “En este estudio, mostramos que la morfología general, o la presencia de un anillo asimétrico, muy probablemente persiste en escalas de tiempo de varios años”, dijo Kazu Akiyama, un Jansky Fellow del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en el Observatorio Haystack del MIT, y colaborador del proyecto. “La consistencia a lo largo de múltiples épocas de observación nos da más confianza que nunca sobre la naturaleza de M87* y el origen de la sombra”.
Pero si bien el diámetro de la media luna se mantuvo consistente, el equipo del EHT encontró que los datos escondían una sorpresa: el anillo se tambalea, y eso significa grandes noticias para los científicos. Por primera vez, pueden tener un vistazo de la estructura dinámica del flujo de acreción tan cerca del horizonte de eventos del agujero negro, en condiciones de extrema gravedad. El estudio de esta región tiene la clave para entender fenómenos como el lanzamiento de chorros relativistas, y permitirá a los científicos formular nuevas pruebas de la teoría de la Relatividad General.
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 que el flujo de la materia es turbulento, la media luna parece tambalearse con el tiempo”, dijo Wielgus. “En realidad, vemos bastante variación allí, y no todos los modelos teóricos de acreción permiten tanto tambaleo. Lo que significa que podemos empezar a descartar algunos de los modelos basados en la dinámica de la fuente observada”.
“Estos experimentos tempranos del EHT nos proporcionan un tesoro de observaciones a largo plazo que el EHT actual, incluso con su notable capacidad de imagen, no puede igualar”, dijo Shep Doeleman, Director Fundador del EHT. “Cuando medimos por primera vez el tamaño de M87* en 2009, no podíamos prever que nos daría un primer vistazo a la dinámica de los agujeros negros. Si quieres ver un agujero negro evolucionar durante una década, no hay sustituto a tener una década de datos”.
El científico del proyecto EHT, Geoffrey Bower, investigador de la Academia Sinica, Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA), añadió: “El monitoreo de M87* con un conjunto ampliado de EHT proporcionará nuevas imágenes y conjuntos de datos mucho más ricos para estudiar la dinámica turbulenta. Ya estamos trabajando en el análisis de los datos de las observaciones del 2018, obtenidos con un telescopio adicional ubicado en Groenlandia. En 2021 estamos planeando observaciones con dos sitios más, proporcionando una extraordinaria calidad de imagen. Este es un momento realmente emocionante para estudiar los agujeros negros”.
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