26 abril 2023
Por primera vez, los astrónomos han observado, en una misma imagen, la sombra del agujero negro en el centro de la galaxia Messier 87 (M87) y el potente chorro expulsado por él. Las observaciones se realizaron en 2018 con telescopios del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del cual ESO es socio, y el Greenland Telescope (GLT). Gracias a esta nueva imagen, los astrónomos pueden comprender mejor cómo los agujeros negros pueden lanzar chorros tan energéticos.
La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro. Si bien los agujeros negros son conocidos por engullir materia en su vecindad inmediata, también pueden lanzar poderosos chorros de materia que se extienden más allá de las galaxias en las que viven. Comprender cómo los agujeros negros crean chorros tan enormes ha sido un problema de larga data en astronomía. “ Sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea los agujeros negros ”, dice Ru-Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghái en China, “ pero aún no entendemos completamente cómo sucede esto realmente. Para estudiar esto directamente, necesitamos observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro ”.
La nueva imagen publicada hoy muestra precisamente esto por primera vez: cómo la base de un chorro se conecta con la materia que gira alrededor de un agujero negro supermasivo. El objetivo es la galaxia M87, ubicada a 55 millones de años luz de distancia en nuestro vecindario cósmico, y hogar de un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol. Las observaciones anteriores habían logrado obtener imágenes por separado de la región cercana al agujero negro y al chorro, pero esta es la primera vez que ambas características se observan juntas. “ Esta nueva imagen completa la imagen al mostrar la región alrededor del agujero negro y el chorro al mismo tiempo ”, agrega Jae-Young Kim de la Universidad Nacional Kyungpook en Corea del Sur y el Instituto Max Planck de Radioastronomía en Alemania.
La imagen se obtuvo con el GMVA , ALMA y el GLT , formando una red de radiotelescopios en todo el mundo trabajando juntos como un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Una red tan grande puede discernir detalles muy pequeños en la región alrededor del agujero negro de M87.
La nueva imagen muestra el chorro emergiendo cerca del agujero negro, así como lo que los científicos llaman la sombra del agujero negro. A medida que la materia orbita alrededor del agujero negro, se calienta y emite luz. El agujero negro se dobla y captura parte de esta luz, creando una estructura similar a un anillo alrededor del agujero negro visto desde la Tierra. La oscuridad en el centro del anillo es la sombra del agujero negro, que fue fotografiada por primera vez por el Event Horizon Telescope (EHT) en 2017 . Tanto esta nueva imagen como la del EHT combinan datos tomados con varios radiotelescopios en todo el mundo, pero la imagen publicada hoy muestra la luz de radio emitida a una longitud de onda más larga que la del EHT: 3,5 mm en lugar de 1,3 mm. “ En esta longitud de onda, podemos ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central,”, dice Thomas Krichbaum del Instituto Max Planck de Radioastronomía.
El tamaño del anillo observado por la red GMVA es aproximadamente un 50 % más grande en comparación con la imagen del Event Horizon Telescope. " Para comprender el origen físico del anillo más grande y grueso, tuvimos que usar simulaciones por computadora para probar diferentes escenarios ", explica Keiichi Asada de la Academia Sinica en Taiwán. Los resultados sugieren que la nueva imagen revela más del material que está cayendo hacia el agujero negro de lo que se pudo observar con el EHT.
Estas nuevas observaciones del agujero negro de M87 se realizaron en 2018 con el GMVA, que consta de 14 radiotelescopios en Europa y América del Norte [1] . Además, otras dos instalaciones se vincularon a GMVA: el Telescopio de Groenlandia y ALMA, del cual ESO es socio. ALMA consta de 66 antenas en el desierto chileno de Atacama y desempeñó un papel clave en estas observaciones. Los datos recopilados por todos estos telescopios en todo el mundo se combinan mediante una técnica llamada interferometría., que sincroniza las señales tomadas por cada instalación individual. Pero para capturar correctamente la forma real de un objeto astronómico, es importante que los telescopios estén repartidos por toda la Tierra. La mayoría de los telescopios de GMVA están alineados de este a oeste, por lo que la adición de ALMA en el hemisferio sur resultó esencial para capturar esta imagen del chorro y la sombra del agujero negro de M87. “ Gracias a la ubicación y la sensibilidad de ALMA, pudimos revelar la sombra del agujero negro y ver más profundamente la emisión del chorro al mismo tiempo ”, explica Lu.
Las observaciones futuras con esta red de telescopios seguirán revelando cómo los agujeros negros supermasivos pueden lanzar poderosos chorros. “ Planeamos observar la región alrededor del agujero negro en el centro de M87 en diferentes longitudes de onda de radio para estudiar más a fondo la emisión del chorro ”, dice Eduardo Ros del Instituto Max Planck de Radioastronomía. Tales observaciones simultáneas permitirían al equipo desentrañar los complicados procesos que ocurren cerca del agujero negro supermasivo. “ Los próximos años serán emocionantes, ya que podremos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del Universo ”, concluye Ros.
Notas
Más información
Esta investigación se presentó en el artículo "Una estructura de acreción en forma de anillo en M87 que conecta su agujero negro y chorro" para aparecer en Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w )
El equipo está compuesto por Ru-Sen Lu (Observatorio Astronómico de Shanghai, República Popular de China [Shanghai]; Laboratorio Clave de Radioastronomía, República Popular de China [KLoRA]; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Alemania [MPIfR]), Keiichi Asada (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sinica, Taiwán, República de China [IoAaA]), Thomas P. Krichbaum (MPIfR), Jongho Park (IoAaA; Instituto de Ciencias Espaciales y Astronomía de Corea, República de Corea [KAaSSI]), Fumie Tazaki (Departamento de Desarrollo de Tecnología de Simulación, Tokyo Electron Technology Solutions Ltd., Japón; Observatorio Mizusawa VLBI, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón [Mizusawa]), Hung-Yi Pu (Departamento de Física, Universidad Normal Nacional de Taiwán, Taiwán, ROC; IoAaA ; Centro de Astronomía y Gravitación, Universidad Nacional Normal de Taiwán, Taiwán, República de China),Masanori Nakamura (Instituto Nacional de Tecnología, Hachinohe College, Japón; IoAaA), Andrei Lobanov (MPIfR), Kazuhiro Hada (Mizusawa; Departamento de Ciencias Astronómicas, The Graduate University for Advanced Studies, Japón), Kazunori Akiyama (Black Hole Initiative en Harvard University, EE. UU.; Observatorio Haystack del Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE. UU. [Pajar]; Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Japón [NAOoJ]), Jae-Young Kim (Departamento de Astronomía y Ciencias Atmosféricas, Universidad Nacional Kyungpook, República de Corea; KAaSSI; MPIfR), Ivan Marti-Vidal (Departament d'Astronomia i Astrofísica, Universitat de València, España; Observatori Astronòmic, Universitat de València, España), Jose L. Gomez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, España [IAA]), Tomohisa Kawashima (Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos,The University of Tokyo, Japan), Feng Yuan (Shanghai; Key Laboratory for Research in Galaxias and Cosmology, Chinese Academy of Sciences, People's Republic of China; School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, República Popular de China [SoAaSS]), Eduardo Ros (MPIfR), Walter Alef (MPIfR), Silke Britzen (MPIfR), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Francia [IRAMF]), Avery E. Broderick (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Waterloo, Canadá [Waterloo]; Centro de Astrofísica de Waterloo, Universidad de Waterloo, Canadá; Instituto Perimeter de Física Teórica, Canadá), Akihiro Doi (Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas, Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, Japón; Departamento de Ciencia Espacial y Astronáutica Ciencia, SOKENDAI, Japón [SOKENDAI]),Gabriele Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Italia; Istituto di Radio Astronomia, INAF, Bolonia, Italia [INAF]), Marcello Giroletti (INAF), Paul TP Ho (IoAaA), Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Departamento de Astronomía, Universidad de Tokio, Japón), David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, México), Makoto Inoue (IoAaA), Wu Jiang (Shanghai), Motoki Kino (NAOoJ; Universidad de Tecnología e Ingeniería de Kogakuin, Japón ), Shoko Koyama (Universidad de Niigata, Japón; IoAaA), Michael Lindqvist (Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente, Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia [Chalmers]), Jun Liu (MPIfR), Alan P. Marscher (Instituto de Investigación Astrofísica , Universidad de Boston, EE. UU.), Satoki Matsushita (IoAaA), Hiroshi Nagai (NAOoJ; SOKENDAI), Helge Rottmann (MPIfR),Tuomas Savolainen (Departamento de Electrónica y Nanoingeniería, Universidad Aalto, Finlandia; Metsähovi Radio Observatory, Finlandia [Metsähovi]; MPIfR), Karl-Friedrich Schuster (IRAMF), Zhi-Qiang Shen (Shanghai; KLoRA), Pablo de Vicente (Observatorio de Yebes, España [Yebes]), R. Craig Walker (Observatorio Nacional de Radioastronomía, Socorro, EE. UU.), Hai Yang (Shanghai; SoAaSS), J. Anton Zensus (MPIfR), Juan Carlos Algaba (Departamento de Física, Universiti Malaya, Malasia), Alexander Allardi (Universidad de Vermont, EE. UU.), Uwe Bach (MPIfR), Ryan Berthold (Observatorio de Asia Oriental, EE. UU. [EAO]), Dan Bintley (EAO), Do-Young Byun (KAaSSI; Universidad de Ciencia y Tecnología , Daejeon, República de Corea), Carolina Casadio (Instituto de Astrofísica, Heraklion, Grecia; Departamento de Física, Universidad de Creta, Grecia), Shu-Hao Chang (IoAaA),Chih-Cheng Chang (Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Chung-Shan, Taiwán, República de China [Chung-Shan]), Song-Chu Chang (Chung-Shan), Chung-Chen Chen (IoAaA), Ming-Tang Chen (Instituto de Astronomía y Astrofísica, Academia Sínica, EE. UU. [IAAAS]), Ryan Chilson (IAAAS), Tim C. Chuter (EAO), John Conway (Chalmers), Geoffrey B. Crew (Haystack), Jessica T. Dempsey (EAO; Astron, Países Bajos [Astron]), Sven Dornbusch (MPIfR), Aaron Faber (Western University, Canadá), Per Friberg (EAO), Javier González García (Yebes), Miguel Gómez Garrido (Yebes), Chih-Chiang Han (IoAaA), Kuo-Chang Han (Centro de Desarrollo de Sistemas, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Chung-Shan, Taiwán, ROC), Yutaka Hasegawa (Universidad Metropolitana de Osaka, Japón [Osaka]), Ruben Herrero-Illana (Observatorio Europeo Austral, Chile), Yau -De Huang (IoAaA), Chih-Wei L. Huang (IoAaA),Violette Impellizzeri (Observatorio de Leiden, Países Bajos; Observatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville, EE. UU. [NRAOC]), Homin Jiang (IoAaA), Hao Jinchi (División de Investigación de Sistemas Electrónicos, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Chung-Shan, Taiwán, República de China) , Taehyun Jung (KAaSSI), Juha Kallunki (Metsähovi), Petri Kirves (Metsähovi), Kimihiro Kimura (Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón, Japón), Jun Yi Koay (IoAaA), Patrick M. Koch (IoAaA), Carsten Kramer (IRAMF) , Alex Kraus (MPIfR), Derek Kubo (IAAAS), Cheng-Yu Kuo (Universidad Nacional Sun Yat-Sen, Taiwán, República de China), Chao-Te Li (IoAaA), Lupin Chun-Che Lin (Departamento de Física, Universidad Nacional Cheng Universidad de Kung, Taiwán, República de China), Ching-Tang Liu (IoAaA), Kuan-Yu Liu (IoAaA), Wen-Ping Lo (Departamento de Física, Universidad Nacional de Taiwán, Taiwán, República de China; IoAaA), Li-Ming Lu (Chung -Shan),Nicholas MacDonald (MPIfR), Pierre Martin-Cocher (IoAaA), Hugo Messias (Observatorio Conjunto ALMA, Chile; Osaka), Zheng Meyer-Zhao (Astron; IoAaA), Anthony Minter (Observatorio Green Bank, EE. UU.), Dhanya G. Nair (Departamento de Astronomía, Universidad de Concepción, Chile), Hiroaki Nishioka (IoAaA), Timothy J. Norton (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, EE. UU. [CfA]), George Nystrom (IAAAS), Hideo Ogawa (Osaka), Peter Oshiro (IAAAS), Nimesh A. Patel (CfA), Ue-Li Pen (IoAaA), Yurii Pidopryhora (MPIfR; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Alemania), Nicolas Pradel (IoAaA), Philippe A. Raffin (IAAAS) , Ramprasad Rao (CfA), Ignacio Ruiz (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Granada, España [IRAMS]), Salvador Sanchez (IRAMS), Paul Shaw (IoAaA), William Snow (IAAAS), TK Sridharan (NRAOC; CfA), Ranjani Srinivasan (CfA; IoAaA),Belén Tercero (Yebes), Pablo Torne (IRAMS), Thalia Traianou (IAA; MPIfR), Jan Wagner (MPIfR), Craig Walther (EAO), Ta-Shun Wei (IoAaA), Jun Yang (Chalmers), Chen-Yu Yu (IoAaA).
Esta investigación ha utilizado datos obtenidos con el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), que consta de telescopios operados por el Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), el Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), el Observatorio Espacial de Onsala (OSO) , Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, Korean VLBI Network (KVN), Green Bank Telescope (GBT) y Very Long Baseline Array (VLBA).
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) en Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI). La construcción y las operaciones de ALMA están dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto de ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.
La modernización, reconstrucción y operación del Telescopio de Groenlandia (GLT) están dirigidas por la Academia Sínica, el Instituto de Astronomía y Astrofísica (ASIAA) y el Observatorio Astrofísico Smithsonian (SAO).
El Observatorio Europeo Austral (ESO) permite a los científicos de todo el mundo descubrir los secretos del Universo en beneficio de todos. Diseñamos, construimos y operamos observatorios de clase mundial en tierra, que los astrónomos utilizan para abordar preguntas interesantes y difundir la fascinación de la astronomía, y promovemos la colaboración internacional en astronomía. Establecido como una organización intergubernamental en 1962, hoy ESO cuenta con el apoyo de 16 Estados Miembros (Austria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, Francia, Finlandia, Alemania, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, España, Suecia, Suiza y Reino Unido), junto con el estado anfitrión de Chile y con Australia como Socio Estratégico. La sede de ESO y su centro de visitantes y planetario, ESO Supernova, están ubicados cerca de Munich en Alemania, mientras que el desierto chileno de Atacama, un lugar maravilloso con condiciones únicas para observar el cielo, alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope y su Very Large Telescope Interferometer, así como telescopios de sondeo como VISTA. También en Paranal, ESO albergará y operará el Cherenkov Telescope Array South, el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. Junto con socios internacionales, ESO opera ALMA en Chajnantor, una instalación que observa los cielos en el rango milimétrico y submilimétrico. En Cerro Armazones, cerca de Paranal, estamos construyendo “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”, el Extremely Large Telescope de ESO. Desde nuestras oficinas en Santiago de Chile apoyamos nuestras operaciones en el país y nos relacionamos con socios y la sociedad chilena. alberga nuestros telescopios. ESO opera tres sitios de observación: La Silla, Paranal y Chajnantor. 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