Hace un año, la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) publicó la primera imagen de un a gujero negro en la radiogalaxia cercana M 87. Ahora la colaboración ha obtenido información nueva de los datos del cuásar lejano 3C 279 tomados por el EHT: con el detalle más fino logrado hasta ahora, observaron un chorro de gas que se mueve a velocidades relativistas, cercanas a la de la luz, y que se cree se origina de la vecindad de un agujero negro supermasivo. En su análisis, liderado por el astrónomo Jae-Young Kim del Instituto Max Planck para la Astronomía (MPIA, por sus siglas en alemán) en Bonn, Alemania, estudiaron la morfología a pequeña escala de chorro cerca de su base, donde se piensa que se origina la emisión muy variable de rayos gamma que se observa. La técnica usada para observar el chorro se llama Interferometría de Línea de base Muy Larga (VLBI, por sus siglas en inglés).
La colaboración EHT continúa extrayendo información de los datos de alta calidad recabados en su campaña global en abril de 2017.
El objetivo de las observaciones en esta ocasión fue el quásar 3C 279, una galaxia a 5 mil millones de años luz de distancia observada en la dirección de la constelación de Virgo, que los científicos clasifican como un cuásar porque un punto de luz en su centro brilla intensamente y aumenta y disminuye su brillo–es decir, es de brillo variable–cuando grandes cantidades de gases y estrellas caen en el agujero negro gigante que se estima existe en su interior. Se ha calculado que el agujero negro tiene aproximadamente mil millones de veces la masa del Sol, es decir, 200 veces más masivo que el agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
Está triturando el gas y las estrellas que se acercan a un disco de acreción que se infiere existe a su alrededor, y vemos que arroja algo de gas hacia afuera en dos finos chorros de plasma (gas muy caliente) con forma parecida a la de una manguera a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Esto habla de enormes fuerzas en juego en el centro, muy cerca del agujero negro.
Ahora, la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos, que consiste en varios radiotelescopios conectados virtualmente, muestran los detalles más nítidos, tan pequeños como un año luz de distancia, para ver mejor el chorro hasta el disco de acreción que se espera exista en su base, y ver el chorro y el disco en acción.
Los datos recientemente analizados muestran que el chorro, usualmente considerado como recto, tiene una forma inesperadamente torcida en su base. Además, por primera vez vemos características perpendiculares al chorro, que en un principio podrían interpretarse como el disco de acreción de donde los chorros son expulsados en la dirección polar, o perpendicular.
Comparando las imágenes tomadas en varios días consecutivos, vemos cambiar en sus detalles más finos las componentes del chorro y de lo que se piensa es el disco de acreción, por lo que es posible que estamos viendo la rotación del disco de acreción, triturando el material que cae en él, más la eyección del chorro, que anteriormente solo se veían en simulaciones numéricas hechas por
computadora.
Jae-Young Kim, líder del análisis, está entusiasmado y al mismo tiempo desconcertado: “Sabíamos que cada vez que abres una nueva ventana al Universo puedes encontrar algo nuevo. Aquí, donde esperábamos encontrar la región donde se forma el jet a través de la imagen más nítida posible, encontramos una especie de estructura perpendicular. Esto es como encontrar una forma muy diferente abriendo la muñeca Matryoshka más pequeña”.
Además, el hecho de que las imágenes cambien tan rápidamente también ha sorprendido a los astrónomos: “Los chorros relativistas muestran movimientos aparentemente más rápidos que la luz, como una ilusión óptica, pero esto, observado en una dirección perpendicular a la esperada, es nuevo y requiere un análisis cuidadoso”, agrega Jae-Young-Kim.
Laurent Loinard, investigador del IRyA y miembro de la colaboración del EHT, explica: “Los astronomos sospechamos que hay agujeros negros supermasivos en el centro de todas las galaxias. Cuando dichos agujeros negros absorben material a una tasa grande, producen fenómenos muy energéticos como la eyección de material en forma de jets o chorros colimados que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Sin embargo, aún no entendemos los detalles de exactamente cómo se forman y coliman estos jets.”
Las observaciones presentadas el día de hoy son muy relevantes: “Estas imágenes del EHT proveen por primera vez una visión de muy alta resolución de la región donde se forman estos jets en el caso del cuásar 3C 279,” apunta Laurent Loinard.
- La interpretación de las observaciones es desafiante. Los movimientos en direcciones diferentes a la del jet, y aparentemente tan rápidos como unas 20 veces la velocidad de la luz, son difíciles de reconciliar con la comprensión que previamente se tenía de esta fuente. Esto sugiere ondas de choque que se desplazan o inestabilidades en un chorro doblado, que además posiblemente está rotando, que además emite en altas energías, como rayos gamma.
- Los telescopios que contribuyeron a este resultado fueron ALMA, APEX, el telescopio IRAM de 30 metros, el telescopio James Clerk Maxwell, el Gran Telescopio Milimétrico (GTM), el Submillimeter Array, el Submillimeter Telescope y el South Pole Telescope.
Los telescopios trabajan juntos usando una técnica llamada Interferometría de Línea de base Muy Larga (VLBI, por sus siglas en inglés). Esto sincroniza los diferentes observatorios de todo el mundo y explota la rotación de nuestro planeta para formar un enorme telescopio virtual del tamaño de la Tierra. La técnica de VLBI permite que el EHT logre una resolución de 20 microsegundos de arco, equivalente a distinguir una naranja en la superficie de Tierra vista por un astronauta desde la Luna.
- El análisis de datos para transformar los datos en bruto en una imagen requirieron computadoras especiales llamadas correladores, alojados por el Instituto Max Planck para la Radioastronomía (MPIfR, por sus siglas en alemán) en Bonn, Alemania, y el Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en
inglés).
Anton Zensus, Director de MPIfR y Presidente del la Junta de la colaboración EHT, destaca el logro como un esfuerzo global: «El año pasado pudimos presentar el primera imagen de la sombra de un agujero negro.
Ahora vemos cambios inesperados en la forma del jet en 3C 279, y aún no hemos terminado. Estamos trabajando en el análisis de datos de la fuente en el centro de nuestra galaxia, Sgr A*, y en otras galaxias activas como Centaurus A, OJ 287 y NGC 1052. Como dijimos el año pasado: esto es sólo el comienzo.»
- Para la UNAM es muy importante participar de esta colaboración: “El EHT es, sin duda, uno de los experimentos astronómicos más importantes de nuestra generación. Permitió en abril pasado obtener la primera imagen de un agujero negro (en M87) y confirmar la validez de la teoría de la relatividad general de Einstein en condiciones de gravedad extrema. Es fundamental para la UNAM participar en este tipo de proyecto de frontera.” comenta Laurent Loinard.
Además, es muy relevante para nuestro país: “Coloca a México en la frontera de la ciencia.
Varios estudiantes mexicanos están involucrados en este proyecto, y una de ellas, Gisela Ortiz León, originaria de Oaxaca, fue galardonada con uno de los premios más importantes en la astronomía a nivel mundial por su trabajo. La participación de México, particularmente de estudiantes mexicanos, en el EHT es particularmente importante para desarrollar el interés por la ciencias entre los niños y niñas, que pueden identificarse con estos estudiantes y quizás soñar con formar parte de proyectos científicos internacionales cuando crezcan,” comentó Laurent Loinard. “Me siento muy afortunado de poder jugar un papel en un proyecto tan emocionante,” dijo.
Gisela Ortiz León es una joven investigadora mexicana que forma parte de la colaboración del EHT. Ella estudió su doctorado en el IRyA-UNAM, haciendo observaciones con el GTM utilizando la técnica de VLBI, lo que demostró que esta técnica era viable en este observatorio.
Actualmente trabaja como investigadora posdoctoral en el MPIfR en Bonn, Alemania: «Lo que me gusta de este resultado es que estamos viendo la estructura de un jet a escalas nunca antes alcanzadas, lo que sólo ha sido posible gracias al inmenso poder de resolución del Telescopio del Horizonte de Eventos.”
Estos resultados ayudan a entender la conexión de lo que sucede a escalas pequeñas, donde se produce el chorro, con las escalas más grandes, donde se observa el chorro en frecuencias más bajas: “La imagen parece revelar que el jet se curva, alineándose en una dirección perpendicular a la dirección del jet observado a mayor escala. Por lo tanto, esta imagen nos proporciona una herramienta para mejorar los modelos físicos de la formación de jets en la vecindad de un hoyo negro.”, apunta Gisela Ortiz León.
- La campaña de observación de marzo / abril de 2020 del EHT se canceló debido al brote global de CoViD-19. La colaboración EHT ha decidido ahora los próximos pasos a seguir tanto en nuevas observaciones como en el análisis de datos existentes. Miguel Hecht, astrónomo del Observatorio Haystack del MIT y Director Adjunto del Proyecto EHT concluye: «Ahora dedicaremos toda nuestra concentración a completar publicaciones científicas de los datos de 2017 y profundizar en el análisis de los datos obtenidos con el arreglo EHT ampliado en 2018.
Esperamos las observaciones con el arreglo del EHT ampliado a once observatorios en la
primavera de 2021./UNAM-PUNTOporPUNTO
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