Una segunda mirada al agujero negro M87*: una nueva imagen confirma las predicciones de Einstein sobre la zona de sombra y el anillo de luz

Sombra estable y luz errante: los astrónomos del proyecto Event Horizon han vuelto a fijar su mirada en su famoso objetivo: el agujero negro supermasivo M87*. El objetivo era comprobar si la zona de sombra y el anillo de luz se comportaban como predijo Einstein. El resultado: la nueva imagen, tomada con más telescopios y un mayor ancho de banda, confirma las teorías de Einstein y muestra cómo el brillante anillo de plasma alrededor del horizonte de sucesos ha cambiado desde la primera imagen.

En 2017, los radiotelescopios acoplados de Event Horizon Network (EHT) se enfocaron por primera vez en el centro de la galaxia M87, a 55 millones de años luz de distancia. El resultado fue la primera imagen de un agujero negro en 2019. La imagen mostraba la oscura sombra central del enorme gigante gravitacional rodeada por el brillante anillo de luz de los gases calientes que orbitan alrededor del horizonte de sucesos. Los análisis posteriores de estos datos también revelaron campos magnéticos, el anillo de fotones predicho por Einstein y una ligera oscilación en el horizonte de sucesos.

A primera vista, todas las características observadas del agujero negro, incluido su diámetro y el brillo ligeramente asimétrico del anillo de luz, parecen concordar con las predicciones de la teoría de la relatividad de Einstein. Sin embargo, para generar la imagen, los datos brutos de los radiotelescopios tuvieron que procesarse mediante un proceso complejo, a veces complementado con cálculos de modelos. Además, ninguna observación aislada puede explicar cómo cambia el anillo de luz con el tiempo.

Una mirada más clara al M87*

Por este motivo, en abril de 2018 los astrónomos del proyecto Event Horizon volvieron a centrarse en el agujero negro. “Las repetidas observaciones de M87* nos permiten investigar la cinemática de la materia que fluye hacia el agujero negro y separar la compleja física de la producción de radiación de los efectos geométricos de relatividad general. . “Este es otro paso hacia una mejor comprensión de los agujeros negros”.

Otra ventaja: la nueva campaña de observación incluyó más radiotelescopios, incluido el Telescopio de Groenlandia más allá del Círculo Polar Ártico, y registró datos en cuatro bandas de frecuencia, el doble que en la primera imagen. Para generar una imagen a partir de los datos recopilados, se compararon entre sí imágenes de diferentes telescopios y de varios días mediante algoritmos especiales.

El diámetro coincide con Einstein y la primera imagen.

Ahora los astrónomos han publicado el resultado: la segunda imagen del enorme gigante M87*. A primera vista, no se diferencia mucho de la primera toma: muestra una sombra central oscura y un anillo de luz igualmente grande y brillante. Pero esto es exactamente lo que importa: “La nueva imagen demuestra que el análisis en el que se basó la primera imagen del agujero negro era correcto y exacto”, explica Luciano Rizzola de la Universidad Goethe de Frankfurt.

La nueva imagen confirma que el anillo óptico de M87* tiene aproximadamente 43 microsegundos de arco de diámetro. Esto es consistente con mediciones anteriores y es exactamente el tamaño predicho por la teoría de la relatividad de Einstein para un agujero negro con una masa de seis mil millones de masas solares. “En el campo de la astrofísica de los agujeros negros, esta nueva imagen es una prueba de la persistencia y estabilidad de la sombra de M87*”, explica Michael Janssen del Instituto MPI de Radioastronomía.

Área turística del Anillo de Luz

Pero lo que también es interesante es lo que ocurrió dentro del anillo de luz de M87*. La región de mayor brillo ha cambiado significativamente su ubicación desde 2017. Los datos de radio muestran que el objeto se ha movido unos 30 grados en sentido contrario a las agujas del reloj desde su posición en el “polo sur” inferior del anillo de luz. “La exquisita rotación en la asimetría del brillo da confianza a nuestra comprensión actual del flujo de acreción”, dice Janssen.

Según las teorías actuales, la asimetría y el cambio de brillo son causados ​​por el comportamiento de los gases calientes que se aceleran alrededor del horizonte de sucesos. En consecuencia, la región del anillo óptico que emite una corriente de partículas rápidas de alta energía aparece más brillante. Las interacciones entre el flujo, la rotación del agujero negro y los movimientos de la materia en el anillo conducen a un desplazamiento gradual de esta región brillante, como teorizó un equipo dirigido por Maciek Velgus del MPOI para Radioastronomía en 2020.

“En nuestro trabajo, llegamos a la conclusión de que M87* debería aparecer consistentemente como un anillo, con poca variación en el diámetro del anillo y mayor variación en la ubicación del brillo máximo”, explica Wielgus. Esto es exactamente lo que ahora han confirmado nuevas grabaciones de M87*.

Todas las predicciones han sido confirmadas.

La nueva imagen confirma así tanto las suposiciones teóricas sobre los agujeros negros como la precisión de la primera imagen del agujero negro M87*. “Este es un resultado muy importante para la ciencia”, afirma Rizzola. “Todas las predicciones sobre la aparición del agujero negro M87* que hicimos basándonos en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein fueron confirmadas por la segunda imagen del agujero negro M87*.”

Mientras tanto, los astrónomos de la colaboración Event Horizon ya están preparando la próxima campaña de observación, que tendrá lugar en abril de 2024. El agujero negro M87* vuelve a estar en la lista de objetos objetivo. En la red EHT participan actualmente once telescopios y radioobservatorios de todo el mundo y más de 300 científicos. (Astronomía y Astrofísica, 2024; doi: 10.1051/0004-6361/202347932)

Fuente: Instituto Max Planck de Radioastronomía, Universidad Goethe de Frankfurt am Main

22 de enero de 2024 – Nadia Podbrigar