Un equipo de astrónomos revela la existencia de fuertes campos magnéticos girando en el borde del agujero negro central de la Vía Láctea

Una nueva imagen de la colaboración EHT (Event Horizon Telescope, telescopio del horizonte de sucesos) ha descubierto la presencia de campos magnéticos potentes y organizados que giran en espiral desde el borde del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*). Vista en luz polarizada por primera vez, esta nueva imagen del monstruo que acecha en el corazón de la galaxia 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 los 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.

La colaboración EHT (Event Horizon Telescope, telescopio del horizonte de sucesos), que produjo la primera imagen del agujero negro de nuestra Vía Láctea, publicada en 2022, ha captado una nueva vista del objeto masivo que hay en el centro de nuestra galaxia en luz polarizada. Es la primera vez que la comunidad astronómica ha podido medir la polarización, (una firma de los campos magnéticos) tan cerca del borde de Sagitario A*. Esta imagen muestra la vista polarizada del agujero negro de la Vía Láctea. Las líneas superpuestas en esta imagen marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. Crédito: EHT Collaboration

En 2022, en ruedas de prensa por todo el mundo (incluido el Observatorio Europeo Austral, ESO), 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 que el agujero negro lanzara poderosos chorros de material que volvían al entorno circundante. Sobre la base de este trabajo, las nuevas imágenes han revelado 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 organizados cerca del agujero negro del centro de la galaxia 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 colíder 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 colaboración EHT (Event Horizon Telescope, telescopio del horizonte de sucesos), que produjo la primera imagen de un agujero negro hecha pública en 2019, ha revelado hoy cómo se ve con luz polarizada el enorme objeto que hay en el centro de la galaxia Messier 87 (M87). Es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización (una huella que dejan los campos magnéticos) tan cerca del borde de un agujero negro. Esta imagen muestra la vista polarizada del agujero negro de M87. Las líneas marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético que hay alrededor de la sombra del agujero negro. Crédito: EHT Collaboration

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 colíder 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".

Estas imágenes obtenidas en luz polarizada, en las que vemos a los dos agujeros negros supermasivos M87* y Sagitario A*, indican a la comunidad científica que estas bestias tienen estructuras de campo magnético similares. Esto es significativo porque sugiere que los procesos físicos que gobiernan la forma en que un agujero negro se alimenta y lanza un chorro pueden ser características universales de los agujeros negros supermasivos. La escala muestra el tamaño aparente en el cielo de estas imágenes en unidades de microsegundos de arco. Un dedo sostenido con el brazo extendido mide 1 grado en el cielo; un microsegundo de arco es 3.600 millones de veces más pequeño que eso. En contexto, las imágenes de estos agujeros negros tienen un tamaño aparente similar al de una rosquilla en la superficie de la Luna. Crédito: EHT Collaboration

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse un par de gafas de sol polarizadas, y esto es particularmente cierto en el caso de Sgr A*, que cambia tan rápido que no se queda quieto para las fotos. 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 la primera imagen era un promedio de múltiples imágenes debido al movimiento de Sgr A*. "Es un alivio haber podido obtener imágenes polarizadas. Algunos modelos estaban demasiado revueltos como para construir una imagen polarizada, 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*".

Esta es la primera imagen de Sgr A*, el agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia. Es la primera evidencia visual directa de la presencia de este agujero negro. Fue captada por el Event Horizon Telescope (EHT), un conjunto que unió ocho observatorios de ondas de radio de todo el planeta para formar un solo telescopio virtual "del tamaño de la Tierra". El telescopio lleva el nombre del horizonte de sucesos, el límite en torno a un agujero negro más allá del cual no puede escapar ninguna luz. Aunque no podemos ver el propio horizonte de sucesos, porque no puede emitir luz, el gas brillante que orbita alrededor del agujero negro nos muestra una firma reveladora: una región central oscura (llamada sombra) rodeada por una estructura brillante en forma de anillo. La nueva vista capta la luz doblada por la poderosa gravedad del agujero negro, que es cuatro millones de veces más masivo que nuestro Sol. La imagen del agujero negro Sgr A* es un promedio de las distintas imágenes que la Colaboración EHT ha obtenido de sus observaciones de 2017. Además de otras instalaciones, la red EHT de observatorios de radio que hizo posible esta imagen incluye el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), situados en el desierto de Atacama, en Chile, instalaciones de las que ESO es socio y operadas por ESO (junto con sus socios internacionales) en nombre de sus estados miembros de Europa. Crédito: EHT Collaboration

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), del que ESO es socio, y el Atacama Pathfinder Experiment (APEX), ambos en el norte de Chile, fueron parte de la red que realizó las observaciones, llevadas a cabo 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".

Comparación del tamaño de los dos agujeros negros captados por la colaboración EHT (Event Horizon Telescope): M87*, en el corazón de la galaxia Messier 87, y Sagitario A* (Sgr A*), en el centro de la Vía Láctea. La imagen muestra la escala de Sgr A* en comparación con M87* y otros elementos del Sistema Solar, como las órbitas de Plutón y Mercurio. También se muestra el diámetro del Sol y la ubicación actual de la sonda espacial Voyager 1, la nave espacial más alejada de la Tierra. M87*, que se encuentra a 55 millones de años luz de distancia, es uno de los agujeros negros más grandes conocidos. Mientras que Sgr A* (a 27 000 años luz de distancia) tiene una masa de aproximadamente cuatro millones de veces la masa del Sol, M87* pesa seiscientas veces esta cifra. Debido a sus distancias relativas de la Tierra, vemos ambos agujeros negros en el cielo como si tuvieran el mismo tamaño. Crédito: EHT collaboration (acknowledgment: Lia Medeiros, xkcd)

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 permitir a la comunidad astronómica 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.

Información 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: XXX) y "First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII.: Physical interpretation of the polarized ring" (doi: XXX).

Un mapa global que muestra los observatorios de ondas de radio que forman la red del Event Horizon Telescope (EHT), utilizada para obtener imágenes del agujero negro central de la Vía Láctea, Sagitario A *. Los telescopios resaltados en amarillo formaron parte de la red EHT durante las observaciones de Sagitario A* en 2017. Estos incluyen el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), el telescopio IRAM de 30 metros, el Telescopio James Clark Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico (LMT), el Submilimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico (SMT) y el Telescopio del Polo Sur (SPT). Resaltados en azul, vemos los tres telescopios agregados a la Colaboración EHT después de 2018: el Telescopio de Groenlandia, el NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA), en Francia, y el Telescopio UArizona ARO de 12 metros, en Kitt Peak. Crédito: ESO/M. Kornmesser

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.

La vista del amplio campo de luz visible muestra ricas nubes de estrellas en la constelación de Sagitario (el Arquero) en la dirección del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. La imagen completa está llena de un vasto número de estrellas, pero muchas más permanecen escondidas tras las nubes de polvo y sólo son reveladas en imágenes infrarrojas como la panorámica de VISTA. Esta visión fue creada a partir de fotografías en luz roja y azul, y forman parte del Digitized Sky Survey 2. El campo de visión es de aproximadamente 3,5 grados por 3,6 grados. Crédito: ESO and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin and S. Guisard (www.eso.org/~sguisard)

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwán, y por el NINS, en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Enlaces

• Fotos de ALMA
• Fotos de APEX
• Página web sobre la Vía Láctea de ESO y EHT (centrada en los resultados obtenidos anteriormente sobre Sgr A*)

Contactos

José Miguel Mas Hesse

Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)

Madrid, España

Tlf.: (+34) 918131196

Email: mm@cab.inta-csic.es

Sara Issaoun

Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

USA

Email: sara.issaoun@cfa.harvard.edu

Angelo Ricarte

Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian

USA

Email: angelo.ricarte@cfa.harvard.edu

Geoffrey Bower

EHT Project Scientist

Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taiwan

Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Mariafelicia De Laurentis

EHT Deputy Project Scientist, University of Naples Federico II

Italy

Email: mariafelicia.delaurentis@unina.it

María Diaz Trigo

ALMA Programme Scientist, European Southern Observatory

Garching bei München, Germany

Email: mdiaztri@eso.org

Bárbara Ferreira

ESO Media Manager

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Publicado en ESO el 27 de marzo del 2024, enlace publicación