El seguimiento de la radiogalaxia M87 confirma el giro de un agujero negro        

Por: Academia de Ciencias de China.

27 de septiembre de 2023.

Se supone que el eje de giro del agujero negro se alinea verticalmente. La dirección del chorro es casi perpendicular al disco. La desalineación entre el eje de rotación del agujero negro y el eje de rotación del disco desencadena la precesión del disco y el chorro. Crédito de la imagen: Yuzhu Cui et al. 2023, Laboratorio Intouchable@Openverse y Laboratorio Zhejiang.

La cercana radiogalaxia M87, situada a 55 millones de años luz de la Tierra y que alberga un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol, exhibe un chorro oscilante que oscila hacia arriba y hacia abajo con una amplitud de unos 10 grados, lo que confirma la existencia del agujero negro giratorio. Mediante un análisis exhaustivo de los datos del telescopio entre 2000 y 2022, el equipo de investigación reveló un ciclo recurrente de 11 años en el movimiento precesional de la base del jet, como predijo la Teoría General de la Relatividad de Einstein. El estudio vincula la dinámica del chorro con el agujero negro supermasivo central, ofreciendo evidencia de que el agujero negro de M87 gira.

Los agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias activas, pueden acumular enormes cantidades de material debido a la extraordinaria fuerza gravitacional y el poder de los flujos de plasma, conocidos como chorros, que se acercan a la velocidad de la luz y se extienden miles de años luz de distancia. El mecanismo de transferencia de energía entre los agujeros negros supermasivos y sus discos de acreción y chorros relativistas ha desconcertado a físicos y astrónomos durante más de un siglo.

Una teoría predominante sugiere que se puede extraer energía de un agujero negro en rotación, permitiendo que parte del material que rodea al agujero negro supermasivo sea expulsado con gran energía. Sin embargo, el giro de los agujeros negros supermasivos, un factor crucial en este proceso y el parámetro más fundamental además de la masa del agujero negro, no se había observado directamente.

En este estudio, el equipo de investigación se centró en M87, donde se observó el primer chorro astrofísico observacional en 1918. Gracias a su proximidad, las regiones de formación de chorros cercanas al agujero negro se pueden resolver en detalle con la interferometría de base muy larga (VLBI), como lo representan las recientes imágenes de sombras de agujeros negros tomadas por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT). Al analizar los datos del VLBI de M87 obtenidos durante los últimos 23 años, el equipo detectó el chorro precesional periódico en su base, lo que ofrece información sobre el estado del agujero negro central.

En el centro de este descubrimiento se encuentra la pregunta crítica: ¿Qué fuerza en el Universo puede alterar la dirección de un chorro tan poderoso? La respuesta podría estar oculta en el comportamiento del disco de acreción, una configuración relacionada con el agujero negro supermasivo central. A medida que los materiales que caen orbitan alrededor del agujero negro debido a sus momentos angulares, forman una estructura similar a un disco antes de girar gradualmente en espiral hacia adentro hasta que son atraídos fatídicamente hacia el agujero negro.

Sin embargo, si el agujero negro está girando, ejerce un impacto significativo en el espacio-tiempo circundante, provocando que los objetos cercanos sean arrastrados a lo largo de su eje de rotación, un fenómeno conocido como "frame-dragging", que fue predicho por la teoría general de la relatividad de Einstein. El extenso análisis del equipo de investigación indica que el eje de rotación del disco de acreción se desalinea con el eje de giro del agujero negro, lo que genera un chorro precesional.

Este trabajo utilizó un total de 170 épocas de observaciones obtenidas por la Red VLBI de Asia Oriental (EAVN), el Very Long Baseline Array (VLBA), la red conjunta de KVN y VERA (KaVA) y la red de Asia Oriental a Italia Casi Red global (Eating). En total, más de 20 telescopios de todo el mundo contribuyeron a este estudio. Los radiotelescopios de China también contribuyeron a este proyecto, incluido el radiotelescopio chino Tianma de 65 metros con su enorme plato y su alta sensibilidad en longitudes de onda milimétricas. Además, el radiotelescopio de 26 metros de Xinjiang mejora la resolución angular de las observaciones de EAVN. Los datos de buena calidad con alta sensibilidad y alta resolución angular son esenciales para obtener este logro.

Si bien este estudio arroja luz sobre el misterioso mundo de los agujeros negros supermasivos, también presenta desafíos formidables. La estructura del disco de acreción y el valor exacto del giro del agujero negro supermasivo M87 aún son muy inciertos. Este trabajo también predice que habrá más fuentes con esta configuración, desafiando así a los científicos a descubrirlas.

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