Se supone que el eje de giro del agujero negro se alinea verticalmente. La dirección del chorro es casi perpendicular al disco. - YUZHU CUI ET AL. 2023,
MADRID, 27 Sep. (EUROPA PRESS) -
La radiogalaxia cercana M87, a 55 millones de años luz, presenta un chorro oscilante que oscila arriba y abajo con una amplitud de unos 10 grados, lo que confirma el giro del agujero negro.
El estudio, dirigido por el investigador chino doctor Cui Yuzhu y publicado en la revista 'Nature', fue realizado por un equipo internacional que utilizó una red mundial de radiotelescopios.
Mediante un exhaustivo análisis de los datos obtenidos por los telescopios entre 2000 y 2022, el equipo de investigación reveló la existencia de un ciclo recurrente de 11 años en el movimiento de precesión de la base del chorro, tal y como predice la Teoría General de la Relatividad de Einstein. El estudio vincula la dinámica del chorro con el agujero negro supermasivo central, ofreciendo pruebas de que el agujero negro de M87 gira.
Los agujeros negros supermasivos situados en el centro de galaxias activas --los objetos celestes más perturbadores de nuestro universo-- pueden acumular enormes cantidades de material debido a la extraordinaria fuerza gravitatoria y a la potencia de los chorros de plasma, conocidos como jets, que se aproximan a la velocidad de la luz y se extienden a miles de años-luz de distancia.
El mecanismo de transferencia de energía entre 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 que gira, lo que permite que parte del material que rodea al agujero negro supermasivo sea expulsado con gran energía.
Sin embargo, el espín de los agujeros negros supermasivos, un factor crucial en este proceso y el parámetro más fundamental aparte de la masa del agujero negro, no se había observado directamente.
En este estudio, el equipo de investigadores se centró en M87, donde se observó el primer chorro astrofísico en 1918. Gracias a su proximidad, las regiones de formación de chorros cercanas al agujero negro pueden resolverse en detalle con interferometría de línea de base muy larga (VLBI), tal y como representan las recientes imágenes de la sombra del agujero negro obtenidas con el Event Horizon Telescope (EHT).
Analizando los datos VLBI de M87 obtenidos durante los últimos 23 años, el equipo detectó el chorro precesional periódico en su base, lo que ofrece una visión del estado del agujero negro central.
Ante la pregunta sobre qué fuerza del universo puede alterar la dirección de un chorro tan potente, los investigadores señalan que 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 en inflexión orbitan alrededor del agujero negro debido a sus momentos angulares, forman una estructura parecida a un disco antes de entrar gradualmente en espiral hasta que son atraídos fatalmente hacia el agujero negro.
Sin embargo, si el agujero negro está girando, ejerce un impacto significativo en el espaciotiempo circundante, haciendo que los objetos cercanos sean arrastrados a lo largo de su eje de rotación, un fenómeno conocido como "arrastre de marco", que fue predicho por la Teoría General de la Relatividad de Einstein.
El exhaustivo análisis del equipo de investigadores indica que el eje de rotación del disco de acreción se desalinea con el eje de giro del agujero negro, dando lugar a un chorro precesional. La detección de esta precesión proporciona pruebas inequívocas de que el agujero negro supermasivo de M87 está girando, lo que mejora nuestra comprensión de la naturaleza de los agujeros negros supermasivos.
"Estamos encantados con este importante hallazgo --señala Yuzhu, investigador postdoctoral del Zhejiang Lab, una institución de investigación de Hangzhou (China), y autor principal del artículo --Dado que la desalineación entre el agujero negro y el disco es relativamente pequeña y el periodo de precesión es de unos 11 años, la acumulación de datos de alta resolución que trazan la estructura de M87 a lo largo de dos décadas y su análisis exhaustivo son esenciales para obtener este logro".
"Tras el éxito de la obtención de imágenes de agujeros negros en esta galaxia con el EHT, saber si este agujero negro está girando o no ha sido una preocupación central entre los científicos --añade el doctor Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón--. Ahora la expectación se ha convertido en certeza. Este monstruoso agujero negro sí está girando".
Este trabajo utilizó un total de 170 épocas de observaciones obtenidas por la red East Asian VLBI Network (EAVN), el Very Long Baseline Array (VLBA), el conjunto de KVN y VERA (KaVA), y la red East Asia to Italy Nearly Global (EATING). En total, más de 20 telescopios de todo el mundo han contribuido a este estudio.
Los radiotelescopios de China también contribuyeron a este proyecto, incluido el radiotelescopio chino Tianma de 65 metros, con su enorme antena parabólica y 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.
"El radiotelescopio Shigatse de 40 metros, construido por el Observatorio Astronómico de Shangai, mejorará aún más la capacidad de obtención de imágenes de EAVN en milímetros --indica el profesor SHEN Zhiqiang, Director del Observatorio Astronómico de Shangai de la Academia China de las Ciencias--. Especialmente, la meseta tibetana, donde se encuentra el telescopio, posee una de las condiciones de emplazamiento más excelentes para las observaciones en longitudes de onda (sub)milimétricas".
"Cumple nuestras expectativas de promover instalaciones nacionales submilimétricas para observaciones astronómicas", añade.
Aunque este estudio arroja luz sobre el misterioso mundo de los agujeros negros supermasivos, también presenta retos formidables. La estructura del disco de acreción y el valor exacto del espín del agujero negro supermasivo M87 siguen siendo muy inciertos. Este trabajo también predice que habrá más fuentes con esta configuración, lo que supone un reto para los científicos a la hora de descubrirlas, concluyen.
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