Nuevas imágenes del pozo de oscuridad más fotogénico del universo están proporcionando información sobre el misterioso comportamiento de un agujero negro.

Por primera vez, estamos observando la fuente de un colosal chorro de plasma que explota en el espacio desde el borde del agujero negro supermasivo M87*. También es la primera vez que vemos la sombra de un agujero negro y su chorro juntos en la misma imagen, una vista que debería ayudar a los astrónomos a descubrir cómo se generan estas corrientes gigantes de plasma.

«Sabemos que los chorros son expulsados ​​​​de la región alrededor de los agujeros negros». dice el astrónomo Ru-Sen Lu del Observatorio Astronómico de Shanghái en China, «pero todavía no entendemos completamente cómo sucede esto realmente. Para estudiar esto directamente, necesitamos observar el origen del chorro lo más cerca posible del agujero negro».

Los agujeros negros, como todos sabemos, son famosos por no emitir nada que podamos detectar. Son tan densos que el espacio-tiempo forma efectivamente una esfera cerrada a su alrededor, de modo que ninguna velocidad en el Universo es suficiente para alcanzar la velocidad de escape. Pero el espacio fuera del límite de esa bola, lo que llamamos el horizonte de eventos, es otra cuestión.

Aquí hay una región de extremos, donde la gravedad reina suprema. Cualquier material cercano queda atrapado en su trampa, girando en un disco de material que se vierte en el agujero negro como el agua por un desagüe. La fricción y la gravedad calientan este material, haciéndolo brillar; eso es lo que vimos en la ahora famosa imagen de M87* publicada por primera vez en 2019, a partir de datos recopilados en 2017 por el Event Horizon Telescope (EHT) colaboración.

Pero no todo el material se arrastra inevitablemente más allá del horizonte de sucesos. Parte de él roza el borde antes de ser lanzado al espacio desde las regiones polares del agujero negro, formando chorros que pueden viajar a un porcentaje significativo de la velocidad de la luz y recorrer grandes distancias en el espacio interestelar.

Los astrónomos creen que este material se desvía desde el borde interior del disco a lo largo de las líneas del campo magnético fuera del horizonte de sucesos. Estas líneas de campo magnético aceleran las partículas de manera que cuando llegan a los polos son lanzadas al espacio a gran velocidad.

Esos son los trazos generales; los detalles son más difíciles de precisar. Sabemos que el M87* tiene un jet que golpea 100.000 años luz en longitudes de onda de radio, que es aproximadamente el diámetro de nuestra propia galaxia. Entonces, en 2018, los astrónomos usaron poderosos radiotelescopios que se unieron para formar el Global mm-VLBI Array (GMVA) para ver si podían capturar en detalle la región desde la que se lanzan los aviones. Recopiló datos en una longitud de onda más larga que EHT, revelando información diferente.

«El M87 se ha observado durante muchas décadas, y hace 100 años sabíamos que el avión estaba allí, pero no podíamos ponerlo en contexto», dijo. Lu dice. «Con el GMVA, incluidos los principales instrumentos NRAO y GBO, estamos buscando una frecuencia más baja, por lo que vemos más detalles, y ahora sabemos que hay más detalles para ver».

Galaxy M87 se encuentra a unos 55 millones de años luz de distancia y alberga un agujero negro supermasivo de unas 6.500 millones de veces la masa del Sol, que acumula activamente materia de un disco a su alrededor. La imagen captada por el EHT mostró, por primera vez, la sombra de ese agujero negro, una región oscura en medio de un anillo brillante de materia, distorsionada por la curvatura gravitacional del espacio-tiempo.

La nueva imagen muestra una región más amplia del espacio que la imagen EHT. Revela que la extensión del plasma alrededor de M87* es mucho mayor que lo que vemos en la imagen EHT más allá de la fuente del chorro.

«La imagen EHT original reveló solo una porción del disco de acreción alrededor del centro del agujero negro. Al cambiar las longitudes de onda de observación de 1,3 milímetros a 3,5 milímetros, podemos ver más del disco de acreción, y ahora el chorro al mismo tiempo. ,» dice el astrónomo Toney Minter del Observatorio Nacional de Radioastronomía. «Esto reveló que el anillo alrededor del agujero negro es un 50% más grande de lo que pensábamos anteriormente».

La nueva imagen también reveló nueva información sobre cómo se expulsa el chorro de la región del espacio alrededor del agujero negro, lo que indica que las líneas de campo magnético en realidad juegan un papel fundamental en empujar el material para que sea expulsado como chorros.

Pero no actúan solos. A viento poderoso emana del propio disco, alimentado por presión de radiación. Ese viento, muestra la imagen, contribuye a la creación del jet M87.

Este es un avance bastante significativo en la ciencia de los agujeros negros, pero los investigadores aún no han terminado. Hay mucho más para ver en todo el espectro de radio, y el M87* ha demostrado que puede ofrecer.

«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 el astrónomo Eduardo Ros del Instituto Max Planck de Radioastronomía de Alemania. «Los próximos años serán emocionantes, ya que podemos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del Universo».

La investigación fue publicada en Naturaleza.