Artículo científico

Un equipo científico internacional observó 16 núcleos galácticos activos en longitudes de onda múltiples para estudiar cómo los agujeros negros generan chorros relativistas. El estudio fue realizado en 2017, durante la primera campaña del Event Horizon Telescope (EHT), en la que el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) fue fundamental. La extrema resolución alcanzada por el EHT permitió estudiar los chorros emitidos por los agujeros negros supermasivos de estas galaxias con una resolución sin precedentes.  

El equipo, dirigido por miembros del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) de Bonn, Alemania, y del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) de Granada, España, investigó la aceleración y magnetización de los chorros comparando observaciones en múltiples frecuencias y escalas angulares.  Los resultados muestran desviaciones respecto a los modelos establecidos de chorros procedentes de agujeros negros supermasivos.  

Cardiografía de un monstruo cósmico  

Los núcleos galácticos activos (AGN) son los corazones brillantes de algunas galaxias, y son impulsados por agujeros negros supermasivos. De algunos de estos objetos salen potentes chorros de plasma que se extienden miles de años luz por el espacio intergaláctico, a los que también llamamos jets. Para comprender la complicada física que subyace a este fenómeno, se requieren observaciones con una resolución angular extrema, que permitan a los astrónomos asomarse a las zonas cercanas de donde se origina este chorro.  

En el modelo más común, se supone que los chorros son cónicos y contienen plasma que se mueve a velocidad constante, mientras que la intensidad del campo magnético y la densidad del plasma del chorro decaen a medida que aumenta la distancia desde el motor central (es decir, a medida que se alejan). A partir de estos supuestos, se pueden hacer predicciones sobre las propiedades observables de los chorros. “Este modelo básico no puede ser una descripción perfecta para todos los chorros; lo más probable es que sólo lo sea para una pequeña fracción. La dinámica y la subestructura de los chorros son complejas, y los resultados de las observaciones pueden verse muy afectados por las degeneraciones astrofísicas”, indicó el director del proyecto, Jan Röder (MPIfR e IAA-CSIC). “Por ejemplo, sabemos que muchos chorros parecen acelerarse. O bien el propio plasma acelera, o bien puede ser un efecto de la geometría: si el chorro se curva, puede apuntar hacia nosotros más directamente, dando la impresión de un movimiento más rápido”, añadió.  

Para evaluar hasta qué punto comprendemos con precisión la evolución de los chorros, los investigadores compararon los resultados del EHT con observaciones anteriores de las mismas fuentes. Éstas se habían realizado con el Very Long Baseline Array (VLBA) y el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), sondeando escalas espaciales mucho mayores que el EHT. Los datos de ALMA se consideraron las mediciones de densidad de flujo más fiables del conjunto de datos del EHT. Estas mediciones se usaron para calibrar la línea de base corta de la Interferometría de Línea de Base Muy Larga (VLBI), un factor crucial para la validación de los resultados del sondeo. 

Gracias a esta comparación, fue posible trazar la evolución de los chorros desde cerca de sus orígenes, hasta muchos años luz en el espacio interestelar. La potencia radiativa por ángulo sólido recibida de una fuente dada (en nuestro caso, un AGN), medida por la temperatura de brillo¹, aumenta gradualmente a medida que el plasma del chorro emisor se aleja cada vez más del agujero negro.  

¿Qué viene a continuación?  

Aunque existen explicaciones alternativas a estas nuevas observaciones, como una desviación de la geometría cónica, está claro que el modelo teórico básico no puede reproducir completamente las propiedades de los chorros cerca de su origen. «Se necesitan más estudios para comprender plenamente el mecanismo de aceleración, el flujo de energía, el papel de los campos magnéticos en los chorros de AGN y sus geometrías. El conjunto EHT en expansión desempeñará un papel importante en los futuros descubrimientos sobre estos fascinantes objetos», concluye Jan.   

Información adicional  

Los resultados del estudio se publican en Astronomy & Astrophysics en el siguiente artículo: A multifrequency study of sub-parsec jets with the Event Horizon Telescope 

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en representación de Norteamérica. 

En la colaboración EHT participan más de 400 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y del Sur, y cerca de 300 en este trabajo. La colaboración internacional se propuso captar las imágenes más detalladas de los agujeros negros utilizando un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, y en el proceso también produjo resultados sin precedentes sobre los AGN. Con el apoyo de considerables esfuerzos internacionales, el EHT enlaza telescopios existentes mediante técnicas novedosas, creando un instrumento fundamentalmente nuevo, que alcanza una resolución angular extrema.  

El consorcio del EHT está formado por 13 institutos interesados: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, la Universidad de Arizona, el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Universidad Goethe de Fráncfort del Meno, 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 y la Universidad Radboud.  

Los AGN analizados en este estudio fueron observados con subconjuntos de las ocho estaciones de telescopios presentes en el conjunto EHT 2017: el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), el Telescopio de 30 metros del Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM), el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT) y el South Pole Telescope (SPT).  

Los datos se procesaron en las instalaciones del correlacionador en el MPI de Radioastronomía en Bonn, Alemania, y en el Observatorio MIT/Haystack en Massachusetts, Estados Unidos. Desde 2017, el EHT ha añadido a su red el Telescopio de Groenlandia (GLT), el Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) del IRAM y el Telescopio de 12 metros Kitt Peak de UArizona. 

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 miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), 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 miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (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.

Imágenes 

1. La temperatura de brillo es una forma en que los astrónomos cuantifican cuánta radiación emite una fuente en una determinada dirección. No se trata de una temperatura física real, sino de una medida comparativa que permite saber qué tan “brillante” aparece un objeto en ondas de radio si se comportara como un cuerpo negro (es decir, un objeto ideal que emite radiación de manera uniforme). ↩︎