La colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), que produjo la primera imagen de un agujero negro, ha revelado hoy una nueva vista del objeto masivo en el centro de la galaxia M87: cómo se ve en luz polarizada. Se trata de la primera vez que los astrónomos han podido medir polarización, la “firma” de los campos magnéticos, tan cerca del borde de un agujero negro.

Las observaciones son clave para explicar cómo la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia, puede lanzar chorros de material muy energéticos desde su núcleo.

«Estamos viendo una evidencia única para comprender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región tan compacta del espacio puede impulsar poderosos chorros que se extienden mucho más allá de la galaxia», señaló Monika Mościbrodzka, coordinadora del grupo de trabajo de polarimetría del EHT y profesora asistente en la Universidad de Radboud (Países Bajos).

Cabe recordar que el 10 de abril de 2019 se publicó la primera imagen de un agujero negro, revelando una estructura brillante en forma de anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Desde entonces, la colaboración EHT ha profundizado en los datos sobre el objeto supermasivo en el corazón de la galaxia M87 recopilados en 2017 y ha descubierto que una fracción significativa de la luz alrededor del agujero negro M87 está polarizada.

“La polarización nos cuenta sobre el papel de los campos magnéticos en el universo, los que son importantes para comprender la física de los electrones y otras partículas. Este resultado es muy singular, ya que describe los campos magnéticos más cercanos al agujero negro supermasivo M87, los cuales nos ayudan a comprender la evolución del agujero negro y el papel de la Relatividad General de Albert Einstein en regiones gravitacionales tan fuertes. Esta teoría describe la conexión entre la curvatura del espacio-tiempo y la distribución y el movimiento de la energía. Los agujeros negros supermasivos se encuentran entre los objetos más masivos del Universo que curvan el espacio-tiempo debido a su increíble fuerza gravitacional. En física de partículas, el efecto de la Relatividad General es responsable de la curvatura de los rayos de luz al pasar por un cuerpo masivo. La primera evidencia concluyente de este efecto se produjo en 1919 al medir el cambio aparente en la posición de las estrellas durante el eclipse solar total. La luz emitida por el gas que cae en el agujero negro supermasivo sigue una trayectoria curva que eventualmente forma un anillo de luz alrededor del agujero negro, dando así la impresión de una sombra. Las ecuaciones de la Relatividad General pueden darnos una estimación del tamaño y la forma de esta imagen del agujero negro. Por lo tanto, la imagen de esta sombra es esencial para avanzar en nuestra comprensión de dicha teoría, que sólo es posible mediante la observación del agujero negro utilizando el Event Horizon Telescope (EHT)”, explica el investigador de la colaboración EHT, Venkatessh Ramakrishnan, quien actualmente realiza un postdoctorado en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción.

El especialista entregará detalles del hallazgo este miércoles 24 de marzo a las 19:00 horas de manera online. Para asistir a la actividad, que contará con traducción al español, basta acceder al siguiente ENLACE.

Por su parte, Iván Martí-Vidal, coordinador del grupo de trabajo de polarimetría del EHT e Investigador Distinguido GenT de la Universitat de València, también destaca la relevancia de esta investigación. “Este trabajo es un hito importante: la polarización de la luz transporta información que nos permite comprender mejor la física detrás de la imagen que vimos en abril de 2019, algo que antes no era posible. Revelar esta nueva imagen en luz polarizada ha requerido años de trabajo debido a las complejas técnicas involucradas en la obtención y análisis de los datos».

Pero, ¿a qué nos referimos cuando hablamos de luz polarizada? La luz se polariza cuando atraviesa ciertos filtros, como las lentes de las gafas de sol polarizadas, o cuando se emite en regiones calientes y magnetizadas del espacio. De la misma manera que las gafas de sol polarizadas nos ayudan a ver mejor al reducir los reflejos y el resplandor de las superficies brillantes, los astrónomos pueden agudizar su visión de la región alrededor del agujero negro al observar cómo se polariza la luz que se origina allí. Específicamente, la polarización permite a los astrónomos cartografiar las líneas de campo magnético presentes en el borde interior del agujero negro.

«Las imágenes polarizadas recientemente publicadas son clave para comprender cómo el campo magnético permite que el agujero negro ‘coma’ materia y lance poderosos chorros», explica Andrew Chael, miembro de la colaboración de EHT e investigador del Centro Princeton de Ciencia Teórica (EEUU). Los brillantes chorros de energía y materia que emergen del núcleo de M87 y se extienden al menos hasta cinco mil años luz de su centro son una de las características más misteriosas y enérgicas de la galaxia. La mayor parte de la materia que se encuentra cerca del borde de un agujero negro cae dentro. Sin embargo, algunas de las partículas circundantes escapan momentos antes de la captura y son expulsadas al espacio en forma de chorros.

El equipo investigador se ha basado en diferentes modelos de cómo se comporta la materia cerca del agujero negro para comprender mejor este proceso. Pero todavía no saben exactamente cómo se propulsan chorros más extensos que la propia galaxia desde su región central, tan pequeña en tamaño como el Sistema Solar, ni cómo cae exactamente la materia en el agujero negro. Con la nueva imagen del EHT del agujero negro y su sombra en luz polarizada, los astrónomos han logrado atisbar por primera vez la región límite del agujero negro donde ocurre esta interacción entre la materia que fluye hacia adentro y la expulsada.

Las observaciones proporcionan información nueva sobre la estructura de los campos magnéticos en el borde del agujero negro. El equipo descubrió que solo los modelos teóricos con gas fuertemente magnetizado pueden explicar lo que están viendo en el horizonte de sucesos.

“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos en el borde del agujero negro son lo suficientemente intensos como para retener el gas caliente y ayudarlo a resistir la atracción de la gravedad. Solo el gas que se desliza a través del campo puede girar en espiral hacia el horizonte de eventos”, explica Jason Dexter, profesor asistente de la Universidad de Colorado Boulder (EEUU) 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 el telescopio ALMA en 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.

Esto 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 que muestra claramente que el anillo está magnetizado. Los resultados se publican hoy en dos artículos separados en The Astrophysical Journal Letters por la colaboración EHT. La investigación involucró a más de trescientos investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.

“Estamos trabajando en otras fuentes observadas durante el año 2017 y esperamos tener resultados más interesantes para compartir durante este 2021. En abril de este año continuaremos con las observaciones del EHT para obtener datos con aun mayor calidad que los obtenidos en 2017”, concluye el científico Venkatessh Ramakrishnan.