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Por primera vez en la historia vemos un agujero negro y su chorro de materia

El agujero negro M87 sigue dándonos grandes alegrías científicas

La última imagen del agujero negro M87* muestra un chorro de tres puntas que emerge de él | Crédito: R.-S. Lu (SHAO) y E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
La última imagen del agujero negro M87* muestra un chorro de tres puntas que emerge de él | Crédito: R.-S. Lu (SHAO) y E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

No suelo ser muy bueno con las fechas pero si alguien me preguntase qué estaba haciendo el 10 de abril de 2019… entonces sí que me acordaría. Al igual que todos los amantes de la astronomía y la ciencia, aquel día me encontraba pegado a la pantalla del ordenador para asistir a la presentación de la primera imagen real de un agujero negro. Hasta aquel momento la humanidad había teorizado durante décadas sobre su existencia, se habían recogido cientos de pruebas indirectas, se habían analizado datos de masa, velocidad, horizonte de sucesos, se habían publicado miles de representaciones artísticas… pero nunca habíamos fotografiado un agujero negro real.

Entonces llegó el gran proyecto EHT (Telescopio de Horizonte de Sucesos), una fructífera colaboración internacional compuesta de ocho radiotelescopios repartidos por todo el mundo que, gracias a la interferometría, se convierte en una gigantesca mirilla con un tamaño virtual de la propia Tierra. Así llegó la célebre fotografía del agujero negro en el centro de Messier 87, una vasta galaxia situada en el cúmulo de Virgo. Situado a 55 millones de años luz de nosotros, aquel colosal agujero negro M87* relucía como un anillo en las novelas de Tolkien, con una masa de 6500 soles.

Esta es la imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87 obtenida por la red EHT (Event Horizon Telescope) en 2019 | Crédito: Colaboración EHT
Esta es la imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87 obtenida por la red EHT (Event Horizon Telescope) en 2019 | Crédito: Colaboración EHT

Sin embargo, y aunque esta imagen de 2019 ha pasado a la historia, todavía quedaban en el aire muchas cuestiones por resolver, especialmente porque no muestra rastros de los jets de materia que deberían acompañar a un agujero negro. En aquella imagen, los radiotelescopios del EHT no operaban en una longitud de onda adecuada para captarlos, se necesita disminuir la frecuencia (y por tanto, aumentar la longitud de onda) para poder visualizarlos (3,5 mm en lugar de 1,3 mm).

Tres imágenes del súper agujero negro M87*. Izquierda: La primera imagen publicada en 2019. Centro: La misma imagen mejorada por IA, publicada este año. Derecha: M87* en 3.5mm mostrando sus chorros relativista publicada por GMVA, ALMA y GLT | imagen Nature
Tres imágenes del súper agujero negro M87*. Izquierda: La primera imagen publicada en 2019. Centro: La misma imagen mejorada por IA, publicada este año. Derecha: M87* en 3.5mm mostrando sus chorros relativista publicada por GMVA, ALMA y GLT | imagen Nature

Han pasado algo más de tres años desde que el EHT inauguró la observación directa de agujeros negros mediante interferometría y, hace tan solo unos días, por fin se ha publicado en Nature una imagen que muestra el ansiado chorro relativista de M87. Ha sido un trabajo laborioso y paciente (las observaciones utilizadas se realizaron entre el 14 y el 15 de abril de 2018) y ha sido necesaria una nueva gran colaboración para llegar hasta aquí. en esta ocasión los datos provienen de varios proyectos de radiotelescopios por todo el mundo que incluyen el GMVA (Global Millimetre VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) y el GLT (GreenLand Telescope).

La imagen publicada muestra claramente la conexión entre el agujero negro súpermasivo M87*, su anillo de luz y el famoso chorro de alta velocidad… y viene con sorpresaporque en ella se observan “tres arcos asociados al inicio del chorro relativista, una espina central que emerge del anillo y dos arcos de borde encima y debajo”.

¿Qué son estos “chorros” que salen disparados de los agujeros negros?

“La materia que cae en espiral hacia el agujero negro forma el llamado disco de acreción de materia”, explica a Yahoo el físico, matemático y conocido divulgador Francis Villatoro. “Esta materia se acelera y gana mucha energía, con lo que sus átomos se separan en sus núcleos y sus electrones, dando lugar a un plasma. Tanto los núcleos como los electrones tienen carga eléctrica, por lo que se comportan como los electrones en un cable eléctrico y generan un campo magnético. Estas líneas de campo magnético en el disco son cerradas, forman “herraduras” que salen del disco y vuelven a él (esto también ocurre en la superficie del Sol). Pero las líneas que están cerca del borde interior del disco no se pueden cerrar y quedan como líneas abiertas que se dirigen hacia el horizonte de sucesos del agujero negro. Cuando el agujero negro rota muy rápido, el espacio vacío entre el horizonte y el disco también rota; las líneas abiertas del campo magnético se ven obligadas a rotar en espiral, escapando hacia arriba (en perpendicular al disco) sin llegar al horizonte. Estas líneas de campo magnético arrastran el plasma del disco y lo disparan produciendo el chorro relativista de materia".

Como suele ocurrir al intentar comprender el Cosmos, todavía quedan muchos interrogantes sin respuesta pero resulta fascinante la cantidad de conocimiento que estamos obteniendo del estudio de un solo agujero negro. El gran M87* se ha convertido en la mayor fuente de descubrimientos de la física de agujeros negros y la observación mediante interferometría se ha desvelado como una maravillosa técnica para estudiar uno de los fenómenos más apasionantes del Universo.

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Referencias científicas y más información:

Lu, Ru-Sen, et al. «A Ring-like Accretion Structure in M87 Connecting Its Black Hole and Jet». Nature, (abril de 2023) DOI:10.1038/s41586-023-05843-w.

Castelvecchi, Davide. «Black-Hole Image Reveals Details of Turmoil around the Abyss». Nature, (abril de 2023) DOI:10.1038/d41586-023-01442-x.

Francis R. Villatoro “La esperada imagen del nexo entre el agujero negro M87* y su chorro relativista” EmuleNews, Naukas

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