Event Horizon Telescope obtiene imágenes de un chorro causado por agujero negro.

Hay algo merodeando en el corazón del cuásar 3C 279. Hace un año, el equipo del proyecto Event Horizon Telescope (EHT) publicó la primera imagen de un agujero negro en la radiogalaxia M 87. Ahora, los astrónomos extrajeron información nueva de los datos del lejano cuásar 3C 279 obtenidos con el EHT, al observar con el mayor nivel de detalle a la fecha un chorro relativista que, al parecer, se origina cerca de un agujero negro supermasivo. El estudio, encabezado por el astrónomo Jae-Young Kim, del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR, en su sigla en alemán), en Bonn, se centró en los detalles de la morfología del chorro en su base, donde se cree que surgen emisiones de rayos gamma altamente variables. La técnica usada para observar el chorro se conoce como interferometría de línea de base muy larga (VLBI, en su sigla en inglés). Los resultados del estudio se publicarán en la próxima edición de la revista Astronomy & Astrophysics, en abril de 2020.

Ilustración de la estructura del jet 3C 279 en múltiples longitudes de onda en abril de 2017. Créditos: J. Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar Program y Event Horizon Telescope.

El equipo del EHT continúa extrayendo información de los datos pioneros obtenidos durante la campaña mundial de abril de 2017.  Uno de los objetos observados fue el cuásar 3C 279, una galaxia situada a 5.000 millones de años luz de distancia, en la constelación de Virgo, clasificada como cuásar debido a que tiene una luz ultrabrillante en el centro que parpadea a medida que grandes cantidades de gas y estrellas son tragadas por un enorme agujero negro. El agujero negro tiene cerca de 1.000 millones de veces la masa de nuestro Sol, con lo cual es unas 200 veces más masivo que el agujero negro de nuestra galaxia, y está destrozando el gas y las estrellas que se acercan a un supuesto disco de acreción. Parte del gas es escupido en dos finos chorros de plasma a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Esto demuestra la intensidad de las fuerzas que interactúan en el centro.

Los telescopios interconectados alcanzaron niveles de detalle sin precedentes y resolvieron características de menos de un año luz. Esto nos permitió seguir el chorro hasta el disco de acreción y ver ambos objetos en acción. Este nuevo análisis arrojó que el chorro, que suele ser recto, presenta una inesperada forma torcida en la base. Por primera vez, también se observaron elementos perpendiculares al chorro que podrían interpretarse como los polos del disco de acreción de donde salen los chorros. Los detalles de las imágenes cambian con el pasar de los días, quizás debido a la rotación del disco de acreción y al material que fluye hacia él y es destrozado[NF1] , fenómenos previstos por las simulaciones informáticas pero nunca antes observados. 

Jae-Young Kim, quien dirigió el análisis, muestra entusiasmo y sorpresa al mismo tiempo: “Sabemos que cada vez que se abre una nueva ventana hacia el Universo se encuentra algo nuevo. En este caso, al obtener la imagen más detallada posible esperábamos encontrar la zona donde se forma el chorro, y en cambio observamos una especie de estructura perpendicular. Es un poco como depararse con una forma muy diferente de la esperada al abrir la muñeca Matryoshka más pequeña”. Asimismo, el hecho de que las imágenes cambien tan rápido también ha sido una sorpresa para los astrónomos. “Los chorros relativistas aparentemente se mueven más rápido que la luz, como en una ilusión óptica, pero este fenómeno perpendicular es nuevo y requiere un análisis cuidadoso”, agrega Jae-Young-Kim.

Ilustración de la estructura del chorro 3C 279 en múltiples longitudes de onda en abril de 2017. En cada recuadro se muestra la fecha, el instrumento y la longitud de onda correspondientes. Créditos: J. Y. Kim (MPIfR), Programa Blazar de la Universidad de Boston y Event Horizon Telescope.

«Este resultado es un sueño hecho realidad para cualquiera que se interese en la eyección de chorros» dice Violette Impellizzeri, astrónoma líder de las observaciones de VLBI con ALMA. «Estoy particularmente contenta de haber apoyado estas observaciones ya que realicé mi PhD con este mismo grupo; y hace 15 años ya estábamos intentando de resolver el origen del chorro. Con la ayuda de ALMA y de todos los demás telescopios del conjunto, el EHT lo está logrando».

La interpretación de las observaciones es un desafío. Estos movimientos en dirección distinta del chorro y, aparentemente, cerca de 20 veces más rápidos que la velocidad de la luz, son difíciles de conciliar con lo que se sabía del objeto, y son indicios de colisiones o inestabilidades en un chorro curvo o, posiblemente, giratorio que también presenta emisiones altamente energéticas, como los rayos gamma. 

Los telescopios que participaron en este trabajo fueron ALMA, APEX, IRAM 30 m, James Clerk Maxwell Telescope, Large Millimeter Telescope Submillimeter Array, Submillimeter Telescope, y el Telescopio del Polo Sur.  

Estos telescopios trabajaron juntos usando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga, que sincroniza instalaciones de todo el mundo y aprovecha la rotación de nuestro planeta para forma un gran telescopio del tamaño de la Tierra. Esta técnica permite al EHT alcanzar una resolución de 20 microarcosegundos, lo que equivale a identificar una naranja en la Tierra observándola desde la Luna. Para convertir los datos recabados en imágenes se necesitaron computadoras específicas (o correlacionadores) del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en Bonn, y del Haystack Observatory, del MIT. 

Anton Zensus, director del Instituto Max Planck de Radioastronomía y presidente del directorio de colaboración del EHT, celebra los logros de esta colaboración internacional: “El año pasado presentamos la primera imagen de la sombra de un agujero negro. Ahora vimos cambios inesperados en la forma del chorro de 3C 279, y todavía queda por hacer. Estamos analizando datos de Sgr A*, en el centro de nuestra galaxia, y de otras galaxias activas como Centauro A, OJ 287 y NGC 1052. Como bien dijimos el año pasado, este es apenas el comienzo”.

Los llamados a participar en campañas de observación del EHT se llevan a cabo todos los años a comienzos de la primavera del hemisferio norte, pero la campaña de marzo/abril de 2020 se canceló debido a la pandemia de la COVID-19. Al anunciar la cancelación, Michael Hecht, astrónomo del Haystack Observatorydel MIT y vicedirector de proyecto del EHT, concluyó: “Ahora nos concentraremos plenamente en llevar a cabo las publicaciones científicas con los datos de 2017 y en analizar los datos obtenidos con la capacitad incrementada del EHT en 2018. Estamos ansiosos por realizar nuevas observaciones con el EHT ampliado a 11 observatorios en la primavera de 2021”.

Información adicional.

El 10 de abril de 2019, este proyecto de colaboración internacional, que simula un  telescopio del tamaño de la Tierra, divulgó por primera vez en la historia de la astronomía la imagen de un agujero negro, situado en el centro de la radiogalaxia Messier 87. Gracias a un cuantioso financiamiento internacional, el EHT reúne telescopios existentes a través de sistemas innovadores que crean un nuevo instrumento dotado de la mayor capacidad de resolución angular lograda a la fecha.    

Los telescopios que participan en esta iniciativa son: ALMA, el Atacama Pathfinder Explorer (APEX), el telescopio de Groenlandia (desde 2018), IRAM 30 m, el observatorio IRAM NOEMA (a partir de 2021), el Kitt Peak Telescope (a partir de 2021), el James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), el Large Millimeter Telescope (LMT), el Submillimeter Array (SMA), el Submillimeter Telescope (SMT) y el Telescopio del Polo Sur (SPT).

En el EHT colaboran 13 entidades: el Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el East Asian Observatory, la Universidad Goethe de Fráncfort, el Instituto de Radioastronomía Milimétrica de Francia (IRAM), el Large Millimeter Telescope, el Instituto de Radioastronomía Max Planck, en Bonn, el MIT Haystack Observatory, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Perimeter Institute for Theoretical Physics, la Universidad Radboud y el Smithsonian Astrophysical Observatory.

Las antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) de noche, bajo las Nubes de Magallanes. Las Antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) sobre la meseta de Chajnantor, en los Andes chilenos. En medio de la imagen pueden verse la Pequeña y la Gran Nube de Magallanes, dos galaxias vecinas de la Vía Láctea, como dos manchas luminosas en el cielo nocturno. Crédito: ESO/C. Malin.

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.

Enlace de interés:

• Artículo en Astronomy and Astrophysics, enlace aquí.
• Astrónomos obtienen primera imagen de un agujero negro.

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• Publicado en ALMA el  7 de abril del 2020, enlace publicación.