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Los campos magnéticos del agujero negro en M87, al descubierto con una nueva luz

La colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) ha publicado nuevos resultados que describen por primera vez cómo la luz procedente del borde del agujero negro supermasivo M87* gira en espiral al escapar de la intensa gravedad del agujero negro. Este fenómeno se conoce como polarización circular de la luz. La dirección en la que el campo eléctrico de la luz prefiere girar nos proporciona información valiosa sobre el campo magnético y los tipos de partículas que rodean el agujero negro. El nuevo artículo, publicado hoy en Astrophysical Journal Letters, respalda los hallazgos previos del EHT que indican que el campo magnético cercano al agujero negro M87* es lo suficientemente intenso como para frenar la caída de materia hacia él.

"La polarización circular era el último capítulo que nos faltaba para concluir el análisis de la luz en las primeras observaciones del agujero negro en M87 llevadas a cabo por el EHT, y de lejos, resultó ser la tarea más desafiante de todas", afirma Andrew Chael, investigador de la Gravity Initiative de la Universidad de Princeton, que coordinó el proyecto.   "Estos nuevos resultados nos proporcionan la certeza de que el campo magnético permea el gas caliente que cae en el agujero negro. Las observaciones pioneras del EHT nos están permitiendo responder a interrogantes sobre cómo los agujeros negros consumen materia y expulsan chorros más allá de sus galaxias anfitrionas."

En 2019, el EHT publicó su primera imagen de un anillo de plasma caliente cerca del horizonte de sucesos de M87*.  Luego, en 2021, los científicos del EHT difundieron una imagen que mostraba las direcciones de oscilación de los campos eléctricos a lo largo de la imagen, un fenómeno conocido como polarización lineal.  Este hallazgo marcó la primera indicación de que los campos magnéticos en las cercanías del agujero negro estaban altamente organizados y poseían una intensidad significativa. Las nuevas mediciones de la polarización circular, que describen cómo los campos eléctricos de la luz giran en espiral, aportan evidencias aún más sólidas acerca de la presencia de estos campos magnéticos intensos y ordenados en las proximidades del agujero negro.

"La señal en polarización circular es cien veces más débil que los datos no polarizados que utilizamos para obtener la primera imagen de un agujero negro", explica Ioannis Myserlis, astrónomo del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM). "Detectar esta señal débil en los datos fue comparable a intentar escuchar una conversación en medio del ruido ensordecedor de un martillo neumático.  Tuvimos que probar cuidadosamente nuestros métodos para determinar en qué podíamos confiar realmente".

Esta simulación por computadora representa un disco de plasma que rodea al agujero negro supermasivo ubicado en el núcleo de la galaxia M87. Un reciente análisis de la luz polarizada circular, o en espiral, en las observaciones del Event Horizon Telescope (EHT) revela que los campos magnéticos en las proximidades del agujero negro exhiben una intensidad notable. Estos campos magnéticos desempeñan un papel crucial al frenar el flujo de materia hacia el agujero negro y promover la formación de chorros de materia (jets) que se desplazan a velocidades cercanas a la de la luz. Crédito de la imagen: George Wong.

Para llevar a cabo este minucioso análisis, el equipo de astrónomos desarrolló nuevos métodos con el propósito de reconstruir una imagen polarizada a partir de las mediciones limitadas y ruidosas proporcionadas por el EHT. Estos métodos fueron sometidos a exhaustivas pruebas "Fue fundamental contrastar nuestros distintos métodos de análisis con datos simulados y entre sí", explica Freek Roelofs, investigador postdoctoral del Centro de Astrofísica de Harvard y el Smithsonian. En un artículo complementario, que también se publica hoy, Roelofs descubrió que cuando imponía hipótesis muy estrictas a su análisis, los datos revelaban una sorprendente diferencia en la luz girando a izquierdas y a derechas en el anillo observado. Sin embargo, otros métodos que planteaban hipótesis menos restrictivas no apreciaban esa diferencia.  "Trabajar juntos en equipo para ver qué podemos y qué no podemos extraer de nuestros datos ha hecho que este proyecto sea increíblemente emocionante y gratificante", afirma Roelofs.

El equipo llevó a cabo diversas pruebas con los datos, y en todas ellas se encontraron pruebas concluyentes de la existencia de luz polarizada circularmente en las proximidades del horizonte de sucesos. Al final, como las medidas de polarización circular del EHT eran mucho más débiles que las de los conjuntos de datos anteriores, el equipo no pudo obtener una imagen inequívoca de la "orientación" de la luz en espiral. No obstante, los astrónomos lograron determinar que la parte de la luz con polarización circular o en espiral representaba únicamente una pequeña fracción de la luz total que componía la imagen del agujero negro.     

El equipo aplicó estas mediciones para probar distintas teorías sobre la forma y el movimiento del plasma y el campo magnético alrededor del agujero negro, incluyendo un conjunto de simulaciones en supercomputadoras de última generación. "Las observaciones de la polarización circular refuerzan nuestros resultados anteriores, que indicaban que los campos magnéticos son lo bastante intensos como para frenar la caída de materia y así lanzar los fuertes chorros de plasma que vemos extenderse por toda la galaxia M87", afirma Angelo Ricarte, investigador postdoctoral de la Iniciativa Agujero Negro de la Universidad de Harvard. Abhishek Joshi, estudiante de posgrado de la Universidad de Illinois, añade: "Es maravilloso comparar directamente nuestras simulaciones con estas observaciones punteras. Juntas, dibujan un entorno caótico y violento justo fuera del horizonte de sucesos, donde los campos magnéticos, la gravedad y el plasma caliente se enredan entre sí."

Aunque los datos actuales del EHT no son lo bastante sensibles para determinar la estructura de la polarización circular del agujero negro, el equipo alberga esperanzas en un futuro cercano.  El análisis en curso de los nuevos datos recopilados después de 2017 promete una mejora en la detección de esta señal. Esto podría proporcionarnos información sobre si los pares de partículas de materia-antimateria forman parte del plasma fuera del horizonte de sucesos y cómo se aceleran a velocidades cercanas a la de la luz.

"Trabajar con estas observaciones pioneras fue todo un reto, pero nos preparó para el futuro", afirma Svetlana Jorstad, investigadora de la Universidad de Boston. "El EHT está creciendo rápidamente, con nuevos telescopios y mejor tecnología en toda nuestra red, lo que nos proporciona un conjunto de datos más sensibles y detallados con los que trabajar. Es emocionante contemplar lo mucho que van a mejorar nuestros resultados en poco tiempo."

Más información

En la colaboración EHT participan más de 300 investigadores de África, Asia, Europa y América del Norte y del Sur. La colaboración internacional trabaja para captar las imágenes más detalladas jamás obtenidas de agujeros negros mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el apoyo de una considerable inversión internacional, el EHT combina telescopios existentes utilizando nuevas técnicas, creando un instrumento fundamentalmente nuevo con el mayor poder de resolución angular que se ha logrado hasta ahora.

Los telescopios individuales que participan en el EHT son: ALMA, APEX, el Telescopio IRAM de 30 metros, el Observatorio IRAM NOEMA, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico (LMT), el Conjunto Submilimétrico (SMA), el Telescopio Submilimétrico (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio de Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT).

El consorcio EHT está formado por 13 institutos interesados: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio de Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, la Universidad de Radboud en Nimega y el Observatorio Astrofísico Smithsonian.

Información de contacto

Andrew Chael

Universidad de Princeton

Princeton, NJ, EE.UU.

Correo electrónico: achael@princeton.edu

 

Svetlana Jorstad

Universidad de Boston

Boston, MA, EE.UU.

Correo electrónico: jorstad@bu.edu

 

Abhishek Joshi

Universidad de Illinois

Champaign, IL, EE.UU.

Correo electrónico: avjoshi2@illinois.edu

 

Ioannis Myserlis

Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM)

Granada, España

Correo electrónico: imyserlis@iram.es

 

Angelo Ricarte

Universidad de Harvard

Cambridge, MA, EE.UU.

Correo electrónico: angelo.ricarte@cfa.harvard.edu

 

Freek Roelofs

Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian

Cambridge, MA, EE.UU.

Correo electrónico: freek.roelofs@cfa.harvard.edu

 

Geoffrey C. Bower
Científico del proyecto EHT
Academia Sinica Instituto de Astronomía y Astrofísica
Hilo, HI, EE.UU.
Tel: +1 (510) 847-1722 (móvil)
Email:gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Mariafelicia de Laurentis

Científico adjunto del proyecto EHT

Universidad de Nápoles Federico II

Nápoles, Italia

Correo electrónico: mariafelicia.delaurentis@unina.it

Contacto Local

David H. Hughes
Large Millimeter Telescope/INAOE
Tonantzintla, Puebla, México
Tel.:  +52 222 266 31 00
Email: dhughes@inaoep.mx

Arturo Gómez Ruiz
Large Millimeter Telescope/INAOE
Tonantzintla, Puebla, México
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David Sánchez Argüelles
Large Millimeter Telescope/INAOE
Tonantzintla, Puebla, México
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