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Nuevas imágenes del EHT revelan giros inesperados en la polarización de M87*

Las observaciones multianuales del Telescopio del Horizonte de Sucesos capturan la evolución de los patrones de polarización en el agujero negro supermasivo y ven emisiones de 230 GHz cerca de la base de su chorro.

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

Ubicado a unos 55 millones de años luz de la Tierra, M87 alberga un agujero negro supermasivo de más de seis mil millones de veces la masa del Sol. El EHT, una red global de radiotelescopios que actúan 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 las observaciones de 2017, 2018 y 2021, los científicos han dado el siguiente paso para descubrir cómo cambian los campos magnéticos cerca del agujero negro con el tiempo.

Imagen principal

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, aunque los campos magnéticos de M87* parecían girar en una dirección en 2017, se asentaron en 2018 y revirtieron su dirección en 2021. Los efectos acumulativos de este cambio de polarización a lo largo del tiempo sugieren que M87* y su entorno circundante están en constante evolución. Crédito: Colaboración EHT.

"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", dijo Paul Tiede, astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, y colíder del nuevo estudio. "Esto nos dice que el plasma magnetizado que gira cerca del horizonte de sucesos está lejos de ser estático; es dinámico y complejo, lo que lleva nuestros modelos teóricos al límite".

"Año tras año mejoramos el EHT con telescopios adicionales e instrumentación mejorada, nuevas ideas para exploraciones científicas y algoritmos novedosos para sacar más provecho de los datos", agregó el colíder Michael Janssen, profesor asistente en la Universidad de Radboud Nijmegen y miembro del consejo científico del EHT. "Para este estudio, todos estos factores conspiraron 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 parecían girar en una dirección; en 2018, se estabilizaron; y en 2021, se invirtieron, girando en la dirección opuesta. Algunos de estos cambios aparentes en la dirección de rotación de la polarización pueden estar influenciados por una combinación de la estructura magnética interna y los efectos externos, como una pantalla de Faraday. Los efectos acumulativos de cómo cambia esta polarización con el tiempo sugieren un entorno turbulento y en evolución donde los campos magnéticos juegan un papel vital en el control de cómo la materia cae en el agujero negro y cómo se lanza la energía hacia el exterior.

"El hecho de que el patrón de polarización cambiara de dirección de 2017 a 2021 fue totalmente inesperado", dijo Jongho Park, astrónomo de la Universidad de Kyunghee y colaborador del proyecto. "Desafía nuestros modelos y demuestra que todavía hay mucho que no entendemos cerca del horizonte de sucesos".

Un aspecto crucial de las observaciones del EHT de 2021 fue la inclusión de dos nuevos telescopios, Kitt Peak en Arizona y NOEMA en Francia, que mejoraron la sensibilidad y la claridad de la imagen de la red. 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 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 llevado a un notable aumento en la calidad de los datos y el rendimiento de la red, con nuevas líneas de base cortas, entre los telescopios NOEMA e IRAM 30m, y entre Kitt Peak y SMT, lo que proporciona las primeras limitaciones en la tenue emisión de la base del chorro", dijo Sebastiano von Fellenberg, becario de Humboldt Feodor Lynen en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) e investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) que se centró en la calibración para el proyecto. "Este salto 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 al regular la formación de estrellas y distribuir la energía a gran escala. Al emitir en todo el espectro electromagnético, incluidos los rayos gamma y los neutrinos, el potente chorro de M87 proporciona un laboratorio único para estudiar cómo se forman y se lanzan estos fenómenos cósmicos. Esta nueva detección ofrece una pieza vital del rompecabezas.

"Estos resultados muestran cómo el EHT se está convirtiendo en un observatorio científico de pleno derecho, capaz no solo de ofrecer imágenes sin precedentes, sino de construir una comprensión progresiva y coherente de la física de los agujeros negros", dijo Mariafelicia De Laurentis, profesora de astronomía en la Universidad de Nápoles 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".

“La variabilidad en la intensidad de la luz polarizada y la estructura del campo magnético que rodea el horizonte de eventos de M87* proporciona evidencia convincente de la importancia de futuras observaciones multi-época de interferometría de línea de base muy largas. A principios de 2026, el EHT realizará observaciones de M87* con mayor frecuencia, cada pocos días durante varios meses. Con estos nuevos datos, la colaboración del EHT espera explorar la conexión física y la relación simbiótica entre la evolución del agujero negro supermasivo ultracompacto y la base de la potente emisión en el chorro que expulsa material relativista hacia su galaxia elíptica anfitriona” dijo David Hughes, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Director del Gran Telescopio Milimétrico y Presidente de la Junta de Gobierno del EHT.

A medida que la colaboración del Telescopio del Horizonte de Sucesos continúa expandiendo sus capacidades de observación, estos nuevos resultados iluminan el entorno dinámico que rodea a M87* y profundizan la comprensión de los científicos sobre la física de los agujeros negros.

Información del artículo científico

DOI/URL: https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202555855

Más información sobre el Event Horizon Telescope

La colaboración EHT involucra a más de 300 investigadores de África, Asia, Europa y 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 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 IRAM de 30 metros, el Observatorio IRAM NOEMA, el Telescopio James Clerk Maxwell (JCMT), el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), el Submillimeter Array (SMA), el Telescopio Submilimétrico (SMT) ), el Telescopio del Polo Sur (SPT), el Telescopio Kitt Peak y el Telescopio de Groenlandia (GLT). Los datos se correlacionaron en el Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) y el MIT Haystack Observatory. El posprocesamiento se realizó en colaboración con un equipo internacional de diferentes instituciones.

El consorcio EHT está formado por 13 instituciones interesadas: el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica, 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 Alfonso Serrano, el Instituto Max Planck para Radioastronomía, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimeter de Física Teórica, la Universidad de Radboud y el Observatorio Astrofísico Smithsoniano.

Material Adicional

Comunicado de la colaboración EHT:

https://eventhorizontelescope.org/new-eht-images-reveal-unexpected-polarization-flips-at-m87