Nueva imagen de un agujero negro: otro hito científico con aporte UdeC

Ayer el mundo vio por primera la sombra y el chorro masivo de un objeto de este tipo. Un trabajo que contó con la participación única de una investigadora postdoctoral del Departamento de Astronomía.

La Universidad de Concepción (UdeC) una vez más es parte de un hito científico-astronómico mundial y que se relaciona con los agujeros negros.

Y es que Dhanya G. Nair, investigadora postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, integró un equipo internacional de investigación que usó nuevos datos para estudiar al agujero negro supermasivo que está al centro de la galaxia M87, protagonista de la que en abril de 2019 se transformó en la primera imagen obtenida de un objeto de este tipo. Dicha hazaña también tuvo participación de de Astronomía UdeC.

El más reciente logro, que será publicado en la próxima edición de la prestigiosa revista Nature, muestra por primera vez el chorro masivo del agujero negro de M87, subrayando de manera pionera la conexión entre el flujo de acreción cercano al objeto y el origen de lo que se conoce como jet.

Ello es resultado de un proyecto que usó nuevas observaciones en la longitud de onda submilimétrica obtenidas con el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), complementado con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) que está en el Desierto de Atacama y el Telescopio de Groenlandia (GLT). La suma de estos dos observatorios ha aumentado las capacidades de captura de imágenes de GMVA.

Nueva imagen

“Previamente habíamos visto el jet y el agujero negro en imágenes separadas, pero ahora hemos tomado una imagen panorámica del agujero negro junto a su jet en una nueva longitud de onda”, dijo Ru-Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghái y líder del Max Planck Research Group de la Academia China de Ciencias.

Se cree que el material circundante cae en el agujero negro en un proceso conocido como acreción. Pero, nadie lo había captado directamente. “El anillo que hemos visto antes se vuelve grande y grueso en observaciones de longitud de onda de 3.5 mm. Esto muestra que el material que cae en el agujero negro produce emisiones adicionales que ahora son observadas en la nueva imagen. Esto nos da una vista más completa de los procesos físicos que actúan cerca del agujero negro”, detalló.

La participación de ALMA y el GLT en las observaciones del GMVA dan como resultado un incremento en la resolución y sensibilidad del trabajo intercontinental de los telescopios, lo que hizo posible capturar la estructura parecida a un anillo en M87, por primera vez en una longitud de onda de 3.5 mm.

El diámetro del anillo medido por el GMVA es de 64 microsegundos de arco. Algo que corresponde al tamaño de un aro de luz para selfie (13 cm) usado por un astronauta en la Luna mirando de espaldas a la Tierra, por ejemplo.

Este diámetro es 50 veces mayor que el de las observaciones del Telescopio de Horizonte de Eventos a 1.3 mm, que permitió obtener las primeras imágenes del agujero negro supermasivo, en concordancia con las expectativas de emisión de plasma relativista en esta región.

“Con el gran aumento en la capacidad de captura de imágenes gracias a la adición de ALMA y GLT a las observaciones del GMVA, hemos ganado una nueva perspectiva. De hecho, vemos el chorro de tres crestas del cual ya conocíamos de observaciones tempranas del VLBI”, dijo Thomas Krichbaum del Instituto Max Planck para Radio Astronomía (MPIfR) en Bonn. “Pero, ahora podemos ven cómo el jet emerge de la zona de emisión en forma de anillo alrededor del agujero negro supermasivo y podemos medir su diámetro en otras longitudes de onda más largas”.

UdeC: participación pionera y continua en el estudio del agujero negro de M87

Dhanya G. Nair, quien está actualmente cursando sus estudios de postdoctorado en la UdeC, se alza como la única participante de su tipo en Latinoamérica del grupo internacional que desarrolló el trabajo que derivó en el nuevo hito astronómico.

“Con mi experiencia en la calibración de datos de GMVA y la captura en imágenes de 174 galaxias activas a 3,5mm como estudio del doctorado para Max-Planck, comencé a asociarme con el presente proyecto en 2017”, especificó la científica.

En particular, trabajó en abril de 2018 realizando observaciones con el radiotelescopio de 100 metros de Effelsberg en Alemania, que es operado por MPIfR. Una labor que realizó mientras realizaba sus estudios de doctorado en la institución europea.

Los datos obtenidos fueron usados junto a otros que entregaron el resto de observatorios del GMVA, además de ALMA en el norte de Chile y el Telescopio de Groenlandia.

Pero, el rol y aporte de Nair trascendió, sobre lo que contó que “contribuí con la reducción de información, específicamente de la calibración de fase y amplitud de los datos de 3,5 mm del GMVA, utilizando el Sistema de Procesamiento de Imágenes Astronómicas de la NRAO (AIPS)”.

En cuanto a detalles técnicos de dicho proceso, comentó que “para la fase de calibración usamos el ajuste de franjas de dos pasos para detectar franjas interferométricas (luz de radio), a través de varias ‘baselines’. Al principio, se realizó una calibración de fase manual en las fuentes del calibrador (3C279 y 3C273), seguido del procedimiento de ajuste de franja global”.

“También trabajé en las correcciones de paso de banda de los datos del GMVA, usando escáneres de calibración y calibración de amplitud a priori usando mediciones de temperatura del sistema y curvas de ganancia”, añadió la investigadora UdeC.

Dhanya G. Nair.

M87 y las investigaciones

Messier o M87 es una galaxia elíptica gigante, que está a 54 millones de años luz de la Tierra y es fácil de ver, incluso, por telescopios de aficionado.

Y es por su proximidad con nuestro planeta y su gran masa que esta como objeto como el agujero negro supermasivo que está al centro ha sido observado usando interferometría de muy larga base (VLBI) por décadas. En este caso, el GMVA durante 2004 y 2015 ya se encontraba investigando las características de los chorros de M87.

La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones de alta energía y campos magnéticos, en un fenómeno llamado radiación de sincrotrón. Las nuevas observaciones, en una longitud de onda de 3.5 mm revelan mayores detalles sobre la localización y la energía de esos electrones.

Esto también cuenta algo de la naturaleza misma del agujero negro: no está tan hambriento. Consume materia en un bajo rango, convirtiendo sólo una pequeña fracción en radiación. En este sentido, Keiichi Asada de la Academia Sinica, Instituto de Astronomía y Astrofísica, explicó que “para entender el origen físico del anillo grande y robusto tuvimos que usar simulaciones por computadora para testear distintos escenarios. Como resultado, concluimos que la larga extensión del anillo está asociada con el flujo de acreción”.

Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón añadió que “también hemos encontrado una sorpresa en nuestros datos: la radiación desde la región interior cercana al agujero negro es más amplia de lo que esperábamos. Esto puede significar que ahí existe más que solo gas cayendo. Puede existir un viento que causa turbulencias y caos alrededor del agujero negro”.

El camino para aprender más sobre Messier 87 no ha acabado, mientras que nuevas observaciones y una flota de potentes telescopios continúen descubriendo sus secretos. “Futuras observaciones en longitudes de onda milimétricas estudiarán la evolución en el tiempo de M87 y nos darán una vista poli-cromática del agujero negro con múltiples imágenes en color en luz de radio”, dijo Jongho Park del Instituto de Astronomía y el Espacio de Corea.

Además, desde la UdeC se encuentran realizando trabajos relacionados a este descubrimiento.

“De forma similar a las observaciones de M87 en este proyecto, nuestro equipo en el Departamento de Astronomía de la UdeC observará la Galaxia del Sombrero, Messier 84 y IC1459 en mayo de 2023. Junto a GMVA y ALMA se podrán obtener imágenes de la ‘vecindad’ inmediata de sus agujeros negros supermasivos con una resolución de menos de 100 radios de Schwarzschild”, cerró Dhanya G. Nair.