Revelan fuertes campos magnéticos en el borde del agujero negro central de la Vía Láctea

27 Marzo, 2024 / Tiempo de lectura: 11 minutes

Una nueva imagen obtenida por la colaboración EHT (Event Horizon Telescope) ha develado la presencia de campos magnéticos potentes y organizados que giran en espiral desde el borde del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*). Vista por primera vez en luz polarizada, esta nueva imagen del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea ha revelado la existencia de una estructura de campo magnético sorprendentemente similar a la del agujero negro que hay en el centro de la galaxia M87, lo que sugiere que estos fuertes campos magnéticos pueden ser comunes a todos los agujeros negros. Esta similitud también apunta a un chorro oculto en Sgr A*. Los resultados se han publicado hoy en The Astrophysical Journal Letters.

En 2022, en conferencias de prensa realizadas por todo el mundo (incluidas las oficinas centrales de ALMA, en Chile), un grupo de científicos y científicas dio a conocer la primera imagen de Sgr A*. Aunque el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, que está a unos 27.000 años luz de distancia de la Tierra, es más de mil veces más pequeño y menos masivo que el de M87 (el primer agujero negro fotografiado), las observaciones revelaron que los dos son bastante similares. Esto hizo que la comunidad científica se preguntara si, al margen de su apariencia, ambos compartían rasgos comunes. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios previos de la luz que hay alrededor del agujero negro M87 (M87*) revelaron que los campos magnéticos de su entorno permitieron al agujero negro lanzar poderosos chorros de material que volvían al entorno circundante. Sobre la base de este trabajo, las nuevas imágenes han develado que lo mismo puede estar ocurriendo en Sgr A*.

"Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos en forma de espiral y ordenados cerca del agujero negro del centro de la Vía Láctea", afirma Sara Issaoun, beneficiaria de una beca Einstein postdoctoral del Programa de Becas Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (EE.UU.), y también líder del proyecto. "Junto con el hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87* (mucho más grande y potente), hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son fundamentales para la forma en que los agujeros negros interactúan con el gas y la materia que los rodea".

La luz es una onda electromagnética oscilante o en movimiento que nos permite ver objetos. A veces, la luz oscila en una orientación preferida, denominada "polarizada". Aunque la luz polarizada nos rodea, para los ojos humanos es indistinguible de la luz "normal". En el plasma que rodea estos agujeros negros, las partículas que giran alrededor de las líneas del campo magnético confieren un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto permite a la comunidad astronómica ver, con detalles cada vez más vívidos, lo que sucede en las regiones de los agujeros negros y mapear sus líneas de campo magnético.

"Al obtener imágenes de la luz polarizada procedente del gas caliente y brillante que hay cerca de los agujeros negros, estamos deduciendo directamente la estructura y la fuerza de los campos magnéticos que enhebran el flujo de gas y materia del que se alimentan y, a su vez, expulsan", declara Angelo Ricarte, beneficiario de una beca postdoctoral de la Iniciativa de Agujeros Negros de Harvard y también líder del proyecto. "La luz polarizada nos enseña mucho más sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que tienen lugar cuando un agujero negro se alimenta".

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse un par de lentes de sol polarizadas, y esto es particularmente cierto en el caso de Sgr A*, que cambia constantemente y no se queda quieto para lasfotos. La obtención de imágenes del agujero negro supermasivo requiere herramientas sofisticadas que van más allá de las que se utilizaban anteriormente para captar a M87*, un objetivo mucho más estable. El científico del proyecto EHT, Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica (Taipéi), afirma que: "Debido a que Sgr A* se mueve mientras intentamos obtener imágenes, ha sido difícil construir incluso la imagen no polarizada", y agrega que:   "Es un alivio haber podido obtener imágenes polarizadas. Algunos modelos estaban demasiado revueltos como para construir una, pero la naturaleza no ha sido tan cruel".

Mariafelicia De Laurentis, Responsable Adjunta del Departamento Científico del proyecto EHT y profesora de la Universidad de Nápoles Federico II (Italia), declaró que: "Con una muestra de dos agujeros negros, con masas muy diferentes y galaxias anfitrionas muy diferentes, es importante determinar en qué se parecen y en qué se diferencian. En ambos casos los datos indican que cuentan con campos magnéticos fuertes, lo cual sugiere que esta puede ser una característica universal y quizás fundamental de este tipo de sistemas. Una de las similitudes entre estos dos agujeros negros podría ser un chorro, pero aunque hemos fotografiado uno muy obvio en M87*, aún no lo hemos encontrado en Sgr A*".

Para observar Sgr A*, la colaboración unió ocho telescopios de todo el mundo con el fin de crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en el norte de Chile, fue parte de la red que realizó las observaciones en 2017.

"Al ser ALMA el telescopio más grande y potente de los telescopios del EHT, desempeñó un papel clave para hacer posible esta imagen", afirma María Díaz Trigo, científica del Programa Europeo ALMA de ESO. "Ahora ALMA está planificando un 'cambio de imagen extremo': la Actualización de la Sensibilidad de Banda Ancha, que hará que ALMA sea aún más sensible y siga siendo un telescopio fundamental en las futuras observaciones de Sgr A* y de otros agujeros negros que lleve a cabo la colaboración EHT".

“Como estación crítica de la red, es una buena noticia que ALMA pronto se someta a una importante actualización hacia 2030, lo que mejorará en gran medida su sensibilidad a la emisión continua de SgrA* y M87*”, explica Hugo Messias, astrónomo líder de ALMA para Observaciones VLBI. "Recientemente, se reveló que ALMA por sí sola puede proporcionar restricciones físicas críticas a los modelos adoptados por EHT para explicar las emisiones observadas, por lo que esta futura actualización beneficiará a todos".

La colaboración EHT ha realizado varias observaciones desde 2017 y está previsto que vuelva a observar Sgr A* en abril de 2024. Cada año, las imágenes mejoran a medida que el EHT incorpora nuevos telescopios, mayor ancho de banda y nuevas frecuencias de observación. Las ampliaciones y mejoras planificadas para la próxima década permitirán filmar películas de alta fidelidad de Sgr A* que podrían revelar un chorro oculto y observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Por otro lado, extender el EHT al espacio proporcionaría las imágenes más nítidas de los agujeros negros jamás obtenidas.

Inforación adicional

Esta investigación se ha presentado en dos artículos de la colaboración EHT publicados hoy en The Astrophysical Journal Letters: "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring" (doi:10.3847/2041-8213/ad2df0) y "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring" (doi:10.3847/2041-8213/ad2df1).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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

Los telescopios individuales involucrados en el EHT en abril de 2017, cuando se realizaron las observaciones, fueron: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), el Telescopio de 30 metros del Instituto de Radioastronomía Milimétrica (IRAM), el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico de la Universidad de Arizona (SMT) y el Telescopio del Polo Sur (SPT). Desde entonces, el EHT ha añadido a su red el Telescopio de Groenlandia (GLT), el IRAM NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) y el Telescopio UArizona de 12 metros en Kitt Peak.

El consorcio EHT está formado por 13 institutos: 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 Frankfurt, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica, el Gran Telescopio Milimétrico, el Instituto Max Planck de Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, la Universidad de Radboud y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano.

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