Presentan nueva imagen de campos magnéticos alrededor de un agujero negro

MORELIA, Mich., 28 de marzo de 2024.- Una nueva imagen de la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope, EHT) ha descubierto campos magnéticos fuertes y organizados que giran en espiral en el borde del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*). Visto en luz polarizada por primera vez, esta nueva imagen del monstruo en el corazón de la Vía Láctea ha revelado que la estructura del campo magnético es sorprendentemente similar a la del agujero negro en el centro de la galaxia M87, lo que sugiere que el campo magnético intenso puede ser común en todos los agujeros negros. Esta similitud también sugiere un chorro de gas oculto en Sgr A*. Los resultados fueron publicados hoy en la revista especializada The Astrophysical Journal Letters.

“La observación de Sgr A* en luz polarizada permite poner límites a los modelos teóricos que usamos para describir el material alrededor del agujero negro. La fuerte polarización que se observa en la imagen publicada hoy nos dice que el campo magnético alrededor del agujero negro es intenso y que la materia orbita en el sentido de las manecillas del reloj”, dijo Laurent Loinard, investigador del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (IRyA) de la UNAM, Campus Morelia, y parte de la colaboración EHT.

Los fuertes campos magnéticos encontrados alrededor de Sgr A* indican posibles características comunes a todos los agujeros negros supermasivos, incluido un posible chorro, aún no descubierto, emanando de la vecindad del agujero negro en el centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Esto impulsa a la comunidad científica a seguir estudiando estas enormes bestias para poner a prueba los límites de nuestros modelos físicos y mejorar nuestra comprensión de cómo funciona nuestro universo.

El agujero negro supermasivo Sagitario A* en el centro de la Vía Láctea, visto en luz polarizada.
La colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope, EHT), ha publicado una nueva imagen del agujero negro superasivo en nuestra galaxia en luz polarizada. Esta es la primera vez que se ha podido medir la polarización, una característica de los campos magnéticos, tan cerca del borde de Sagitario A*. Las líneas muestran la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. Crédito: Colaboración EHT

La luz en espiral que revela posibles características universales de los agujeros negros
Sgr A* está aproximadamente a 27,000 años luz de la Tierra. En 2022, la colaboración del EHT reveló que, si bien el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea es más de mil veces más pequeño y menos masivo que el de M87, se ve notablemente similar. Esto hizo que se preguntaran si los dos compartían rasgos comunes más allá de su apariencia. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios anteriores de la luz polarizada alrededor de M87* mostraron que los campos magnéticos alrededor del agujero negro gigante le permitían lanzar potentes chorros de material al entorno circundante. A partir de este trabajo, las nuevas imágenes han develado que lo mismo puede ser cierto para Sgr A*.

“Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes y organizados en espiral cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea”, dijo Sara Issaoun, investigadora “Einstein” del Programa de Hubble Fellowships de la NASA en el Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian, y colíder de este proyecto. “Además 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 el proceso en que los agujeros negros interactúan con el gas y la materia que los rodea”.

La luz es una onda electromagnética oscilante o en movimiento que nos permite ver objetos. A veces, la luz oscila en una orientación preferida y la llamamos “polarizada”. Aunque nos rodea la luz polarizada, para el ojo humano 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 forman un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto permite a la comunidad astronómica ver con más detalle lo que sucede en las regiones más cercanas a los agujeros negros y producir mapas de su campo magnético.

“Obtener imágenes de la luz polarizada del gas caliente y brillante cerca de los agujeros negros nos permite inferir directamente la estructura y la fuerza de los campos magnéticos en la materia de la que se alimentan, y que en ocasiones expulsan en forma de chorro”, dijo el miembro de la Iniciativa de Agujeros Negros de Harvard, Angelo Ricarte, colíder del proyecto. “La luz polarizada nos enseña mucho más que la luz “normal” sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que tienen lugar cuando un agujero negro se alimenta”.

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 está cambiando tan rápido que no se queda quieto para tomar fotografías. Obtener imágenes del agujero negro supermasivo requiere herramientas sofisticadas superiores a las utilizadas anteriormente para capturar M87*, un objetivo mucho más estable. Geoffrey Bower, científico del proyecto EHT del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica de Taipei, dijo: “Hacer una imagen polarizada es como abrir el libro después de haber visto solo la portada. Debido a que Sgr A* se mueve mientras intentamos tomarle una fotografía, fue difícil reconstruir incluso la imagen no polarizada”, y agregó que la imagen en luz “normal” era un promedio de múltiples imágenes debido al movimiento de Sgr A*. “Nos sentimos aliviados de que fuera de hecho posible obtener las imágenes polarizadas. Algunos modelos usados para probar nuestras herramientas de análisis eran demasiado confusos y turbulentos para reconstruir una imagen polarizada, pero la naturaleza no fue tan cruel”.

Los científicos están entusiasmados de tener imágenes de ambos agujeros negros supermasivos en luz polarizada porque estas imágenes, y los datos que las acompañan, proporcionan nuevas formas de comparar y contrastar agujeros negros de diferentes tamaños y masas. A medida que la tecnología mejora, es probable que las imágenes revelen aún más secretos de los agujeros negros y sus similitudes o diferencias.

Mariafelicia De Laurentis, científica adjunta del proyecto EHT y profesora de la Universidad Federico II de Nápoles, Italia, dijo: “El hecho de que la estructura del campo magnético de M87* sea tan similar a la de Sgr A* es significativo porque sugiere que los procesos físicos que gobiernan cómo un agujero negro se alimenta y lanza un chorro podrían ser universales para todos los agujeros negros supermasivos, a pesar de las diferencias en masa, tamaño y entorno circundante. Este resultado nos permite perfeccionar nuestros modelos teóricos y simulaciones, mejorando nuestra comprensión de cómo se ve influenciada la materia cerca del horizonte de eventos de un agujero negro”.

El EHT ha realizado varias observaciones desde 2017 y está previsto que observe Sgr A* nuevamente 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 expansiones planeadas para la próxima década permitirán realizar videos en alta definición de Sgr A*, que podrían revelar un chorro de gas oculto emanando de su entorno y podrían permitir a la comunidad astronómica observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Además, extender el EHT al espacio podría proporcionar imágenes de los agujeros negros más nítidas que nunca.

M87* y Sgr A* vistos en luz polarizada.
Esta imagen de los agujeros negros supermasivos M87* y Sagitario A* vistos en luz polarizada muestra que ambos tienen estructuras de campo magnético similares. Esto es significativo porque sugiere que los procesos físicos que gobiernan cómo un agujero negro se alimenta y lanza un chorro pueden ser características universales de los agujeros negros supermasivos.  Crédito: Colaboración EHT

La Vía Láctea vista en luz polarizada
A la izquierda se muestra el agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea, Sagitario A*, se ve en luz polarizada: las líneas indican la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. En el centro se ve la emisión polarizada del centro de la Vía Láctea, captada por el observatorio SOFIA. Al fondo arriba se observa el mapa de las emisiones polarizadas del polvo a lo largo de la Vía Láctea, captado por la Colaboración Planck. Créditos: S. Issaoun, Colaboración EHT