Estructuras magnéticas observadas cerca de un agujero negro supermasivo

_{Esta imagen compuesta muestra tres vistas de radiotelescopio de la región central de la galaxia Messier 87 (M87), donde un chorro de partículas en movimiento rápido es expulsado del núcleo de la galaxia. En estas imágenes, las líneas indican polarización, la alineación de los campos eléctricos en las ondas de radio que provienen del objeto. La polarización es una firma de los campos magnéticos. La imagen de ALMA muestra los 6000 años luz internos del avión. La imagen del Very Long Baseline Array (VLBA) de la National Science Foundation se acerca para mostrar el año luz interior del chorro, y la imagen EHT muestra la región más cercana al agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia. Las etiquetas indican la frecuencia de observación en Gigahercios (GHz) y la distancia indicada por la barra de escala debajo de la frecuencia. Combinadas, estas imágenes permiten a los astrónomos estudiar la estructura de los campos magnéticos desde muy cerca del agujero negro hasta miles de años luz hacia afuera. Crédito: Colaboración EHT; Goddi y col., ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Kravchenko y col .; JC Algaba, I. Martí-Vidal, NRAO / AUI / NSF}

Una nueva vista de la región más cercana al agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87 (M87) ha mostrado detalles importantes de los campos magnéticos cercanos al agujero negro y da pistas sobre cómo los poderosos chorros de material pueden originarse en esa región.

Un equipo mundial de astrónomos que utilizó el Event Horizon Telescope, una colección de ocho telescopios, incluido el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile, midió una firma de campos magnéticos, llamada polarización, alrededor del agujero negro. La polarización es la orientación de los campos eléctricos en la luz y las ondas de radio y puede indicar la presencia y alineación de campos magnéticos.

«Ahora estamos viendo la próxima pieza de evidencia crucial para comprender cómo se comportan los campos magnéticos alrededor de los agujeros negros, y cómo la actividad en esta región tan compacta del espacio puede impulsar poderosos chorros», dijo Monika Mościbrodzka, coordinadora del Grupo de Trabajo de Polarimetría y Asistente de EHT. Profesor de la Universidad de Radboud en Holanda.

_{Esta imagen muestra una vista del chorro en la galaxia Messier 87 (M87) en luz polarizada. La imagen se obtuvo con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), con sede en Chile, en el que ESO es socio, y captura la parte del chorro, con un tamaño de 6000 años luz, más cercana al centro de la galaxia. Las líneas marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético en la región de la imagen. Por tanto, esta imagen de ALMA indica cómo se ve la estructura del campo magnético a lo largo del chorro. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Goddi et al} .

Nuevas imágenes con EHT y ALMA permitieron a los científicos mapear líneas de campo magnético cerca del borde del agujero negro de M87. Ese mismo agujero negro es el primero en ser fotografiado por el EHT en 2019. Esa imagen reveló una estructura brillante en forma de anillo con una región central oscura: la sombra del agujero negro. Las imágenes más recientes son la clave para explicar cómo M87, a 50 millones de años luz de la Tierra, puede lanzar chorros de energía desde su núcleo.

El agujero negro en el centro de M87 es más de 6 mil millones de veces más masivo que el Sol. El material atraído hacia adentro forma un disco giratorio, llamado disco de acreción, que orbita de cerca el agujero negro. La mayor parte del material del disco cae en el agujero negro, pero algunas partículas circundantes escapan y son expulsadas al espacio en chorros que se mueven casi a la velocidad de la luz.

_{La nueva imagen de la región alrededor del agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia M87, del Event Horizon Telescope. Las líneas muestran la polarización de la emisión de radio del área más cercana al agujero negro. Crédito: Colaboración EHT}

«Las imágenes polarizadas recientemente publicadas son clave para comprender cómo el campo magnético permite que el agujero negro ‘coma’ materia y lance poderosos chorros», dijo Andrew Chael, miembro del Hubble de la NASA en el Centro de Princeton para la Ciencia Teórica y la Iniciativa de Gravedad de Princeton en los Estados Unidos

Los científicos compararon las nuevas imágenes que mostraban la estructura del campo magnético justo fuera del agujero negro con simulaciones por computadora basadas en diferentes modelos teóricos. Descubrieron que solo los modelos con gas fuertemente magnetizado pueden explicar lo que están viendo en el horizonte de eventos.

“Las observaciones sugieren que los campos magnéticos en el borde del agujero negro son lo suficientemente fuertes como para hacer retroceder el gas caliente y ayudarlo a resistir la atracción de la gravedad. Solo el gas que se desliza a través del campo puede girar en espiral hacia el horizonte de eventos ”, explicó Jason Dexter, profesor asistente de la Universidad de Colorado Boulder y coordinador del Grupo de trabajo de teoría EHT.

_{La impresión de este artista muestra el agujero negro en el corazón de la enorme galaxia elíptica Messier 87 (M87). Este agujero negro fue elegido como objeto de observaciones de cambio de paradigma por parte del Event Horizon Telescope. Se muestra el material sobrecalentado que rodea al agujero negro, al igual que el chorro relativista lanzado por el agujero negro de M87. Crédito: ESO / M. Kornmesser}

Para realizar las nuevas observaciones, los científicos vincularon ocho telescopios de todo el mundo, incluido ALMA, para crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. La impresionante resolución obtenida con el EHT es equivalente a la necesaria para medir la longitud de una tarjeta de crédito en la superficie de la Luna.

Esta resolución permitió al equipo observar directamente la sombra del agujero negro y el anillo de luz que lo rodea, y la nueva imagen muestra claramente que el anillo está magnetizado. Los resultados se publican en dos artículos en el Astrophysical Journal Letters de la colaboración EHT. La investigación involucró a más de 300 investigadores de múltiples organizaciones y universidades de todo el mundo.

También se publicó un tercer artículo en el mismo volumen de Astrophysical Journal Letters , basado en datos de ALMA, dirigido por Ciriaco Goddi, científico de la Universidad de Radboud y el Observatorio de Leiden, Países Bajos.

“La información combinada del EHT y ALMA permitió a los científicos investigar el papel de los campos magnéticos desde la vecindad del horizonte de eventos hasta mucho más allá del núcleo de la galaxia, a lo largo de sus poderosos chorros que se extienden a miles de años luz”, dijo Goddi.

Referencias:

“Resultados del primer telescopio Event Horizon M87. VII. Polarización del anillo ”por The Event Horizon Telescope Collaboration, Kazunori Akiyama, Juan Carlos Algaba, Antxon Alberdi, Walter Alef, Richard Anantua, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Anne-Kathrin Baczko, David Ball, et al., 24 de marzo de 2021, Cartas de revistas astrofísicas .

“Resultados del primer telescopio Event Horizon M87. VIII. Estructura del campo magnético cerca de The Event Horizon ”por The Event Horizon Telescope Collaboration, Kazunori Akiyama, Juan Carlos Algaba, Antxon Alberdi, Walter Alef, Richard Anantua, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Anne-Kathrin Baczko, David Ball, et al., 24 Marzo de 2021, Astrophysical Journal Letters .

“Propiedades polarimétricas de los objetivos de Event Horizon Telescope de ALMA” por Ciriaco Goddi, Iván Martí-Vidal, Hugo Messias, Geoffrey C. Bower, Avery E. Broderick, Jason Dexter, Daniel P. Marrone, Monika Moscibrodzka, Hiroshi Nagai, Juan Carlos Algaba , et al., 24 de marzo de 2021, Astrophysical Journal Letters .

El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo por Associated Universities, Inc.

La colaboración de EHT involucra a más de 300 investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y del Sur. La colaboración internacional está trabajando para capturar las imágenes de agujeros negros más detalladas jamás obtenidas mediante la creación de un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. Con el respaldo de una considerable inversión internacional, el EHT vincula los telescopios existentes utilizando sistemas novedosos, creando un instrumento fundamentalmente nuevo con el mayor poder de resolución angular que se haya logrado hasta ahora.

Los telescopios individuales involucrados son: ALMA, APEX, el Telescopio de 30 metros del Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM), el Observatorio IRAM NOEMA, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico (LMT), el Array Submilimétrico (SMA). ), el Telescopio Submilimétrico (SMT), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT).

El consorcio EHT está formado por 13 institutos interesados: el Instituto Academia Sinica de Astronomía y Astrofísica, la Universidad de Arizona, la Universidad de Chicago, el Observatorio de Asia Oriental, la Goethe-Universitaet Frankfurt, el Institut de Radioastronomie Millimétrique, el Gran Telescopio Milimétrico, el Instituto Max Planck. para Radioastronomía, Observatorio Haystack del MIT, Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Instituto Perimetral de Física Teórica, Universidad de Radboud y Observatorio Astrofísico Smithsonian.

Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI). La construcción y las operaciones de ALMA están dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.