Primera imagen directa de un agujero negro expulsando un potente chorro: “Todavía no entendemos cómo sucede”

Una red de telescopios logra fotografiar la materia que emana del centro supermasivo de la galaxia Messier 87, a 55 millones de años luz

Esta imagen muestra el chorro y la sombra del agujero negro del centro de la galaxia M87, juntos por primera vez.R.-S. LU (SHAO), E. ROS (MPIFR), S. DAGNELLO (NRAO/AUI/NSF)

Es la primera vez que se observa en directo el potente chorro de materia expulsado desde un agujero negro supermasivo. Este fenómeno cósmico inédito ocurrió en el centro de la galaxia Messier 87 (M87), ubicada a 55 millones de años luz de distancia en nuestro vecindario galáctico, y fue captado en 2018. Este agujero negro logró fama mundial al convertirse en el primero que se fotografiaba.

La mayoría de las galaxias albergan un agujero negro supermasivo en su centro, que aunque son conocidos por engullirlo todo, también pueden lanzar poderosos chorros de materia que se extienden más allá de su vecindario galáctico. Esta nueva captura de la galaxia M87 ha podido reproducirse gracias a la colaboración de un conjunto de 14 radiotelescopios situados por toda la superficie terrestre. Este mismo grupo también logró captar el agujero negro Sagitarius A* que habita en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

La comunidad astronómica informa de que este proyecto científico internacional, desarrollado para captar estos titánicos fenómenos galácticos, ayuda a que se comprenda mejor cómo estos misteriosos gargantúas pueden lanzar chorros tan energéticos. Una incógnita astronómica, según explica en una nota Ru-Sen Lu, del Observatorio Astronómico de Shanghái, en China: “Todavía no entendemos del todo cómo sucede, pero sabemos que los chorros son expulsados de la región que rodea a los agujeros negros”. Para poder estudiarlo directamente, los científicos necesitaban analizar el fenómeno con mucho más detalle que hasta ahora.

Es lo que consigue por primera vez la imagen que publica el equipo internacional: captar el conjunto, cómo se conecta la materia del chorro al disco de acreción que rota alrededor del agujero negro supermasivo. Investigaciones previas habían logrado fotografiar por separado este agujero negro en el centro de M87, 6.500 millones de veces más masivo que nuestro Sol, y su chorro, pero nunca juntos.

La característica forma de anillo que se puede ver en la imagen obedece a que el agujero negro expulsa materia que se queda orbitándolo, mientras se calienta y emite luz, que luego recaptura. La región oscura del centro es la sombra del agujero negro, ya fotografiada por el consorcio internacional Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT en inglés).

Radiotelescopios de ALMA, observatorio formado por 66 antenas de alta precisión ubicadas a 5.000 metros de altitud, al norte de Chile

La importancia de la sincronización y de la posición de los telescopios por todo el mundo sirve capturar de forma adecuada estos objetos astronómicos. Entre ellos destacan el Global Millimetre VLBI Array (GMVA), el observatorio ALMA (por Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) y el Telescopio de Groenlandia (GLT). El ALMA consta de 66 antenas en el desierto chileno de Atacama, y la astrónoma Lu señala que “gracias a su ubicación se pudo revelar la sombra del agujero negro y, al mismo tiempo, ver con más profundidad la emisión del chorro”.

En esta ocasión, una longitud de onda más larga que la del EHT ha hecho posible “ver cómo el chorro emerge del anillo de emisión alrededor del agujero negro supermasivo central”, explica Thomas Krichbaum, del Instituto Max Planck de Radioastronomía, en la nota del Observatorio Europeo Austral. Los astrofísicos indican, en los nuevos resultados que ofrece la red de telescopios GMVA, que la imagen del agujero negro es un 50% mayor y más grueso que la que hizo el EHT de 2018, lo que sugiere que hay más material cayendo del que se pudo detectar en su momento.

A futuro, el trabajo de la red de telescopios dista mucho de concluir. El científico Eduardo Ros, también del Instituto Max Planck de Radioastronomía, explica que su equipo planea continuar observando “la región que hay alrededor del agujero negro en el centro de M87, en diferentes longitudes de onda de radio, para estudiar más a fondo la emisión del chorro”. Y el astrónomo aventura más descubrimientos: “Los próximos años serán emocionantes, ya que podremos aprender más sobre lo que sucede cerca de una de las regiones más misteriosas del Universo”.

Fuente: El País.

Los astros condenados a vivir en pareja

Los sistemas binarios de Rayos X con compañera Be (BeXRBs) representan uno de los grandes enigmas de la historia cósmica

Representación artística de un sistema de estrellas binarias. UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DE VALENCIA

Que el Sol no confunda. A pesar de que la estrella más cercana a la Tierra brille en solitario, lo más habitual es que los astros orbiten en compañía en el universo. La convivencia entre dos o más estrellas recibe el nombre de sistemas binarios, una categoría que abraza una gran diversidad de parejas estelares. Pero en concreto hay una que fascina a los astrónomos, las estrellas binarias Be de rayos X, que centran en Valencia, hasta este viernes, el Congreso Internacional BeXRB2021, organizado por la Universidad Internacional de Valencia (VIU) en colaboración con la Agencia Espacial Europea (ESA). El evento congrega de forma virtual a más de un centenar de investigadores de una veintena de nacionalidades, de centros como las universidades de Oxford o George Washington y de instituciones como la NASA.

Los sistemas binarios de Rayos X con compañera Be (BeXRBs), como se conoce a este tipo de estrellas en la astronomía moderna, representan todavía uno de los grandes enigmas de la historia cósmica. La unión consiste en juntar a una estrella de tipo “Be” —entre ocho y diez veces más masiva que el sol y que se asemeja a Saturno por su característico disco alrededor del ecuador, esculpido con el material que se le escapa— con un objeto compacto, una estrella de neutrones o un agujero negro, cuya órbita elíptica alrededor de la estrella masiva hace que ambos estén condenados a vivir en pareja.

La interacción, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, da lugar a una física y una fenomenología muy interesante que va al límite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teorías, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas

Pere Blay, docente de la VIU y astrónomo de soporte en el Instituto de Astrofísica de Canarias

“Se produce una interacción, que emite rayos X, entre el disco y el objeto compacto, lo que da lugar a una física y una fenomenología muy interesante que va al límite de lo que conocemos, nos ayuda a impulsar modelos y a confirmar las teorías, por ejemplo, como las de Einstein, sobre la estructura del espacio-tiempo y del comportamiento de la materia en condiciones extremas. El interés natural por estos objetos ha aumentado en los últimos años”, explica Pere Blay, docente e investigador en la Universidad Internacional de Valencia y anteriormente astrónomo en los Observatorios de Canarias (OOCC) y en el Nordic Optical Telescope (NOT).

Ilustración del agujero negro Cygnus X-1 tragando materia de la estrella con la que forma un sistema binario. NASA | CXC | M.WEISS

La formación de los discos de las estrellas Be todavía conforman uno de los misterios por resolver más antiguos de la astronomía. “Aunque estas estrellas se conocen desde finales del siglo XIX, todavía no sabemos cómo son capaces de formar sus discos circunestelares. Cuando el material de este disco es atrapado por un agujero negro o una estrella de neutrones en uno BeXRB, a través de su estudio, expandimos la frontera de nuestro conocimiento sobre su estructura o incluso sobre la estructura de la materia”, observa Blay.

Padres de los sistemas de ondas gravitacionales

Peter Kretschmar, responsable de supervisar el trabajo en el telescopio XMM-Newton en el Centro Europeo de Astronomía Espacial, ha destacado la escala “totalmente diferente” de este tipo de parejas cósmicas, con una magnetosfera de cientos de miles de kilómetros, la materia localizada en una estrella con un radio de 12 kilómetros y una columna desde donde surgen los rayos X de apenas unos metros o de kilómetros, zonas menudas de la que emerge una luminosidad decenas de miles de veces mayor que el Sol.

“Los BeXRBs son interesantes porque son fuentes de luz con múltiples emisiones y diversos niveles de actividad, con un espaciado regular determinado por el periodo orbital, pero no ocurre siempre. A veces es bastante regular y otras no, y esta es una de las preguntas más importantes. Las formas de comprenderlo son variadas. Se está trabajando muy duro por diseñar modelos. Los más simples siguen la curva de luz cuando la materia se acerca y se produce emisión, pero hace 20 años se empezó con otro sobre el que la interacción de la fuerza de las mareas del objeto pequeño algunas veces puede provocar una emisión. Otros modelos más elaborados proponen que el disco está alargado o deformado”, describe Kretschmar, que añade, como factor de interés, el estudio a lo largo del espectro electromagnético. “Algunos de estos sistemas binarios alcanzan no solo los rayos X, sino también gamma, por lo que pueden seguirse con telescopios ópticos, de infrarrojos o en radio”.

El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la unión de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la más masiva evoluciona más rápido y explota como supernova, una alternación que cambia la configuración del sistema con una velocidad de movimiento diferente

El origen de este tipo de sistemas binarios se da en la unión de dos estrellas, una girando alrededor de la otra, en la que la más masiva evoluciona más rápido y explota como supernova, una alternación que cambia la configuración del sistema con una velocidad de movimiento diferente. De la explosión queda un objeto compacto, una estrella de neutrones o agujero negro, cuyo resultado, junto con una estrella masiva, es un sistema binario de rayos X. “Estudiar los cambios en el movimiento ayuda a detectar si en su pasado ha tenido un evento cataclísmico de estas características”, anota Blay, doctorado en el estudio multifrecuencia de sistemas binarios de rayos X.

Tan importante como analizar el pasado es conocer qué les pasará a estas estrellas binarias en el futuro. “La estrella masiva también evoluciona y su forma natural es explotando como una supernova, de la que quedará también un objeto de neutrones o un agujero negro. Si tras la explosión el sistema sobrevive y los objetos permanecen juntos tendremos, tendremos un sistema que podemos estudiar con los detectores LIGO o LISA, porque los sistemas binarios de rayos X son los progenitores de los sistemas que luego se detectan en ondas gravitatorias”, describe Blay, coordinador de las jornadas, en cuya ponencia analizó la relación entre los móviles, el universo invisible y los sistemas binarios de rayos X.

La conexión con el móvil

Buena parte de los componentes de los teléfonos inteligentes son escasos en la corteza terrestre, lo que supone un quebradero de cabeza para la industria. Una explicación para entender por qué son tan escasos elementos como los metales preciosos, el germanio, el talio, tungsteno o el neodimio se encuentra precisamente en estas estrellas binarias. Casi todos los componentes de nuestro smartphone se dan en eventos cósmicos poco comunes como los sistemas binarios de rayos X.

En el núcleo de las estrellas, donde se cuece una fábrica de átomos, se producen fenómenos de fisión que generan desde lo más simple como el hidrógeno a cadenas de reacciones más complejas que producen elementos más pesados como el hierro. Pero para conseguir los ingredientes que permitan diseñar móviles inteligentes hace falta otro proceso más sofisticado, lo que obliga a salir del interior de la estrella. “Para los elementos más pesados se necesitan escenarios en los que el aporte energético sea muy grande y tenemos prueba de cómo se producen en las supernovas, pero las teorías todavía no llegan a explicar los elementos más pesados como el oro, la plata, el tungsteno. Los más materiales más pesados necesitan aportes aún más grandes de energía como las kilonovas, las fusiones de estrellas de neutrones en el universo invisible, o de una estrella de neutrones y un agujero negro, a partir de un sistema binario. Por eso esos elementos abundan tan poco en el universo”, explica Blay.

Fuente : El País / Kristin Suleng.