Nuevas imágenes del EHT revelan cambios inesperados de polarización en M87*

Fuente Event Horizon Telescope (EHT)

Observaciones multianuales del Telescopio del Horizonte de Eventos captan la evolución de los patrones de polarización en un agujero negro supermasivo y detectan emisiones en 230 GHz cerca de la base de su chorro.

= La colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) ha revelado nuevas imágenes detalladas del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, conocido como M87*, que revelan un entorno dinámico con patrones de polarización cambiantes cerca del agujero negro. Además, los científicos encontraron las primeras señales de la emisión del chorro extendido cerca de la base del chorro, que conecta con el anillo alrededor de M87*, en datos del EHT. Estas nuevas observaciones, publicadas hoy en Astronomy & Astrophysics, proporcionan una nueva perspectiva sobre el comportamiento de la materia y la energía en los entornos extremos que rodean los agujeros negros.

Nuevas imágenes de la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos (EHT) han revelado un entorno dinámico con patrones de polarización cambiantes en los campos magnéticos del agujero negro supermasivo M87*. Como se muestra en las imágenes superiores, si bien los campos magnéticos de M87* parecían girar en una dirección en 2017, se estabilizaron en 2018 y cambiaron de dirección en 2021. Los efectos acumulativos de este cambio de polarización a lo largo del tiempo sugieren que M87* y su entorno están en constante evolución. Crédito: Colaboración EHT

Ubicada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, M87 alberga un agujero negro supermasivo con una masa seis mil millones de veces mayor que la del Sol. El EHT, una red global de radiotelescopios que funciona como un observatorio del tamaño de la Tierra, capturó por primera vez la icónica imagen de la sombra del agujero negro de M87 en 2019. Ahora, al comparar observaciones de 2017, 2018 y 2021, los científicos han dado el siguiente paso para descubrir cómo cambian con el tiempo los campos magnéticos cerca del agujero negro.

«Lo notable es que, si bien el tamaño del anillo se ha mantenido constante a lo largo de los años, lo que confirma la sombra del agujero negro predicha por la teoría de Einstein, el patrón de polarización cambia significativamente», afirmó Paul Tiede, astrónomo del Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian, y codirector del nuevo estudio. «Esto nos indica que el plasma magnetizado que gira cerca del horizonte de sucesos no es nada estático; es dinámico y complejo, lo que pone a prueba nuestros modelos teóricos». “Año tras año, mejoramos el EHT con telescopios adicionales e instrumentación mejorada, nuevas ideas para exploraciones científicas y algoritmos novedosos para extraer más provecho de los datos”, añadió el codirector Michael Janssen, profesor adjunto de la Universidad Radboud de Nijmegen y miembro del consejo científico del EHT. “En este estudio, todos estos factores se combinaron armoniosamente para generar nuevos resultados científicos y nuevas preguntas, que sin duda nos mantendrán ocupados durante muchos años más”.

Entre 2017 y 2021, el patrón de polarización cambió de dirección. En 2017, los campos magnéticos parecieron girar en una dirección; en 2018, se estabilizaron; y en 2021, se invirtieron, girando en la dirección opuesta. Algunos de estos aparentes cambios en la dirección de rotación de la polarización podrían estar influenciados por una combinación de la estructura magnética interna y efectos externos, como una pantalla de Faraday. Los efectos acumulativos de cómo esta polarización cambia a lo largo del tiempo sugieren un entorno turbulento y evolutivo donde los campos magnéticos juegan un papel vital a la hora de regular cómo la materia cae en el agujero negro y cómo se libera la energía hacia el exterior.

“El cambio de dirección del patrón de polarización entre 2017 y 2021 fue totalmente inesperado”, declaró Jongho Park, astrónomo de la Universidad de Kyunghee y colaborador del proyecto. “Desafía nuestros modelos y demuestra que aún hay mucho que desconocemos cerca del horizonte de eventos”.

Crucialmente, las observaciones del EHT de 2021 incluyeron dos nuevos telescopios: Kitt Peak en Arizona y NOEMA en Francia, que mejoraron la sensibilidad y la claridad de las imágenes del conjunto. Esto permitió a los científicos delimitar, por primera vez con el EHT, la dirección de emisión de la base del chorro relativista de M87, un estrecho haz de partículas energéticas que salen disparadas del agujero negro a casi la velocidad de la luz. Las mejoras en el Telescopio de Groenlandia y el Telescopio James Clerk Maxwell han mejorado aún más la calidad de los datos en 2021.

«La calibración mejorada ha dado lugar a un aumento notable en la calidad de los datos y el rendimiento del conjunto, con nuevas líneas de base cortas entre NOEMA y los telescopios IRAM de 30 m, y entre Kitt Peak y SMT, que proporcionan las primeras limitaciones sobre la débil emisión de la base del chorro», afirmó Sebastiano von Fellenberg, investigador postdoctoral del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la Universidad de Toronto e investigador postdoctoral del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR), quien se centró en la calibración del proyecto. «Este aumento en la sensibilidad también mejora nuestra capacidad para detectar señales de polarización sutiles».

Los chorros como el de M87 desempeñan un papel crucial en la evolución de las galaxias, ya que regulan la formación estelar y distribuyen energía a gran escala. Al emitir a lo largo del espectro electromagnético, incluyendo rayos gamma y neutrinos, el potente chorro de M87 proporciona un laboratorio único para estudiar cómo se forman y se lanzan estos fenómenos cósmicos. Esta nueva detección aporta una pieza clave al rompecabezas.

“Estos resultados muestran cómo el EHT se está convirtiendo en un observatorio científico completo, capaz no solo de proporcionar imágenes sin precedentes, sino también de construir una comprensión progresiva y coherente de la física de los agujeros negros”, afirmó Mariafelicia De Laurentis, profesora de astronomía de la Universidad de Nápoles Federico II y científica del proyecto EHT. “Cada nueva campaña amplía nuestro horizonte, desde la dinámica del plasma y los campos magnéticos hasta el papel de los agujeros negros en la evolución cósmica. Es una demostración concreta del extraordinario potencial científico de este instrumento”.

A medida que la colaboración del Telescopio del Horizonte de Eventos continúa ampliando sus capacidades de observación, estos nuevos resultados arrojan luz sobre el entorno dinámico que rodea a M87* y profundizan la comprensión científica de la física de los agujeros negros.

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