Revelan nuevos detalles de la sombra del agujero negro supermasivo M87*

Publicado el | por María Fernanda Durán

Las nuevas observaciones de M87* apoyan la teoría de la relatividad general propuesta por Einstein

La colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) ha publicado nuevas imágenes de M87*, el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia Messier 87, utilizando datos de observaciones tomadas en abril de 2018. Con la participación del Telescopio de Groenlandia y un espectacular sistema de discos con una tasa de registro mejorada en todo el conjunto, las observaciones de 2018 nos brindan una vista de la fuente independiente de las primeras observaciones de 2017. Un artículo reciente publicado en la revista Astronomy & Astrophysics presenta nuevas imágenes de los datos de 2018 que revelan un anillo familiar del mismo tamaño del observado en 2017. Este anillo brillante rodea una profunda depresión central, “la sombra del agujero negro”, como predice la relatividad general. Curiosamente, el pico de brillo del anillo se ha desplazado unos 30º en comparación con las imágenes de 2017, lo que concuerda con nuestra comprensión teórica de la variabilidad del material turbulento alrededor de los agujeros negros.

«Un requisito fundamental de la ciencia es poder reproducir resultados», dice el Dr. Keiichi Asada, investigador asociado del Instituto Academia Sínica de Astronomía y Astrofísica de Taiwán. «La confirmación del anillo en un conjunto de datos completamente nuevo es un gran hito para nuestra colaboración y una fuerte indicación de que estamos ante la sombra de un agujero negro y el material que orbita a su alrededor».

En 2017, el EHT tomó la primera imagen de un agujero negro. Este objeto, M87*, es el corazón palpitante de la galaxia elíptica gigante Messier 87 y vive a 55 millones de años luz de la Tierra. La imagen del agujero negro reveló un anillo circular brillante, más brillante en la parte sur del anillo. Un análisis más detallado de los datos también reveló la estructura de M87 en luz polarizada, lo que nos brinda una mayor comprensión de la geometría del campo magnético y la naturaleza del plasma alrededor del agujero negro.

La nueva era de imágenes directas de agujeros negros, encabezada por el análisis extenso de las observaciones de M87* en 2017, abrió una nueva ventana que nos permitió investigar la astrofísica de los agujeros negros y probar la teoría de la relatividad general a un nivel fundamental. Nuestros modelos teóricos nos dicen que el estado del material alrededor de M87* no debería estar correlacionado entre 2017 y 2018. Por lo tanto, múltiples observaciones de M87* nos ayudarán a imponer restricciones independientes a la estructura del plasma y del campo magnético alrededor del agujero negro y nos ayudarán a desenredar la complicada astrofísica de los efectos de la relatividad general.

Para ayudar a lograr ciencia nueva y apasionante, el EHT está en continuo desarrollo. El Telescopio de Groenlandia se unió al EHT por primera vez en 2018, apenas cinco meses después de que se completara su construcción muy por encima del Círculo Polar Ártico. Este nuevo telescopio mejoró significativamente la fidelidad de la imagen del conjunto EHT, mejorando la cobertura, particularmente en dirección Norte-Sur. También participó por primera vez el Gran Telescopio Milimétrico con su superficie completa de 50 m, mejorando enormemente su sensibilidad. La matriz EHT también se actualizó para observar en cuatro bandas de frecuencia alrededor de 230 GHz, en comparación con solo dos bandas en 2017.

Las observaciones repetidas con una matriz mejorada son esenciales para demostrar la solidez de nuestros hallazgos y fortalecer nuestra confianza en nuestros resultados. Además de la ciencia innovadora, el EHT también sirve como banco de pruebas tecnológicas para desarrollos de vanguardia en interferometría de radio de alta frecuencia.

«El avance de los esfuerzos científicos requiere una mejora continua en la calidad de los datos y las técnicas de análisis», afirmó Rohan Dahale, candidato a doctorado en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), en España. «La inclusión del Telescopio de Groenlandia en nuestro conjunto llenó vacíos críticos en nuestro telescopio del tamaño de la Tierra. Las observaciones de 2021, 2022 y las próximas 2024 son testigos de mejoras en el conjunto, lo que alimenta nuestro entusiasmo por ampliar las fronteras de la astrofísica de los agujeros negros».

El análisis de los datos de 2018 presenta ocho técnicas de modelado e imágenes independientes, incluidos los métodos utilizados en el análisis anterior de M87* de 2017 y otros nuevos desarrollados a partir de la experiencia de la colaboración en el análisis de Sgr A*.

La imagen de M87* tomada en 2018 es notablemente similar a lo que vimos en 2017. Vemos un anillo brillante del mismo tamaño, con una región central oscura y un lado del anillo más brillante que el otro. La masa y la distancia de M87* no aumentarán apreciablemente a lo largo de la vida humana, por lo que la relatividad general predice que el diámetro del anillo debería permanecer igual de año en año. La estabilidad del diámetro medido en las imágenes de 2017 a 2018 respalda firmemente la conclusión de que M87* está bien descrito por la relatividad general.

«Una de las propiedades notables de un agujero negro es que su radio depende en gran medida de una sola cantidad: su masa», dijo la Dra. Nitika Yadlapalli Yurk, ex estudiante de posgrado en el Instituto de Tecnología de California (Caltech), ahora estudiante postdoctoral becaria del Jet Propulsion Laboratory de California. “Dado que M87* no está acumulando material (lo que aumentaría su masa) a un ritmo rápido, la relatividad general nos dice que su radio permanecerá prácticamente sin cambios a lo largo de la historia de la humanidad. Es muy emocionante ver que nuestros datos confirman esta predicción”.

Si bien el tamaño de la sombra del agujero negro no cambió entre 2017 y 2018, la ubicación de la región más brillante alrededor del anillo sí cambió significativamente. La región brillante giró unos 30º en sentido antihorario para asentarse en la parte inferior derecha del anillo aproximadamente en la posición de las 5 en punto. Las observaciones históricas de M87* con un conjunto menos sensible y menos telescopios también indicaron que la estructura de la sombra cambia anualmente (Wielgus 2020, ApJ, 901, 67) pero con menos precisión. Si bien el conjunto EHT de 2018 aún no puede observar el chorro que emerge de M87*, el eje de giro del agujero negro predicho a partir de la ubicación de la región más brillante alrededor del anillo es más consistente con el eje del chorro visto en otras longitudes de onda.

«El cambio más grande, que el máximo de brillo se desplazó alrededor del anillo, es en realidad algo que predijimos cuando publicamos los primeros resultados en 2019″, dijo la Dra. Britt Jeter, becaria postdoctoral en el Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sínica en Taiwán. “Si bien la relatividad general dice que el tamaño del anillo debería permanecer bastante fijo, la emisión del turbulento y desordenado disco de acreción alrededor del agujero negro hará que la parte más brillante del anillo se tambalee alrededor de un centro común. La cantidad de oscilación que vemos a lo largo del tiempo es algo que podemos utilizar para probar nuestras teorías sobre el campo magnético y el entorno del plasma alrededor del agujero negro”.

“Aunque las condiciones climáticas en 2018 fueron peores que en 2017, el EHT pudo confirmar la morfología del anillo en M87* en esta nueva observación un año más tarde. Parte de esta hazaña fue el hecho de que se instalaron nuevas estaciones, lo que mejoró la fidelidad de la imagen y se cubrió un rango de frecuencia más amplio mientras ALMA sigue siendo la principal estación, directora de la red», explica Hugo Messias, líder de las observaciones de VLBI en ALMA: «La aparente oscilación del punto brillante en la imagen concuerda con las expectativas de un ambiente turbulento alrededor de M87* mientras todavía está en presencia de un fuerte campo magnético ordenado. Este año, planeamos observar M87* en frecuencias aún más altas, con suerte brindando más detalles en el anillo. Así que ahora estamos haciendo la cuenta regresiva para esas observaciones y los resultados consiguientes”.

Si bien todos los artículos del EHT publicados hasta ahora han presentado un análisis de nuestras primeras observaciones en 2017, este resultado representa los primeros esfuerzos para explorar los muchos años adicionales de datos que hemos recopilado. Además de 2017 y 2018, el EHT realizó observaciones exitosas en 2021 y 2022 y está previsto que realice observaciones en la primera mitad de 2024. Cada año, el conjunto del EHT ha mejorado de alguna manera, ya sea mediante la incorporación de nuevos telescopios o un mejor hardware. , o frecuencias de observación adicionales. Dentro de la colaboración, estamos trabajando muy duro para analizar todos estos datos y estamos emocionados de mostrarle más resultados en el futuro.

Enlace al artículo original: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202347932

Más información sobre M87 y la primera imagen de el chorro que expulsa en este enlace. 

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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 (LMT), 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 institutos interesados: el Instituto Academia Sínica 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, el Observatorio Haystack del MIT, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el Instituto Perimetral de Física Teórica, la Universidad de Radboud y el Observatorio Astrofísico Smithsonian.

Imágenes

La Event Horizon Telescope Collaboration ha publicado nuevas imágenes de M87* a partir de observaciones tomadas en abril de 2018, un año después de las primeras observaciones en abril de 2017. Las nuevas observaciones de 2018, que cuentan con la primera participación del Telescopio de Groenlandia, revelan una estrella familiar y brillante. anillo de emisión del mismo tamaño que encontramos en 2017. Este anillo brillante rodea una sombra central oscura, y la parte más brillante del anillo en 2018 se ha desplazado unos 30º en relación con 2017 para ahora encontrarse en la posición de las 5 en punto. Crédito: Colaboración EHT
EHT Array durante la campaña de observación de 2018. Crédito: Colaboración EHT

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Astrónomos descubren una galaxia primordial oscura por accidente

Publicado el | por María Fernanda Durán

Podría ser la galaxia más débil encontrada hasta la fecha.

GBT / STScI / NSF/GBO/P.Vosteen

Impresión artística del hidrógeno gaseoso observado en la galaxia J0613+52. Los colores indican la rotación que probablemente tiene el gas con respecto al observador (rojo si se aleja y azul si se acerca). Esta imagen fue creada usando un campo estelar del proyecto POSS II de STSci y una ilustración adicional realizada por NSF/GBO/P.Vosteen. 

Mientras estudiaba hidrógeno gaseoso (HI) en galaxias de bajo brillo superficial (LSB), una astrónoma hizo un descubrimiento inusual, el que presentó en una conferencia de prensa en la reunión anual de la Sociedad Estadounidense de Astronomía.

Para el proyecto se estudiaron 350 galaxias únicas y se utilizaron importantes radiotelescopios de todo el mundo, incluido el Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (GBT), el Telescopio de Arecibo y el Radiotelescopio Nançay. “El objetivo era determinar las masas gaseosas y dinámicas de estas galaxias ultradifusas. Para ello, las observamos con varios instrumentos, y muchos de ellos más de una vez”, comparte Karen O’Neil, científica principal del Observatorio Green Bank.

La naturaleza difusa de las galaxias LSB a menudo desafía las teorías existentes sobre la formación de estrellas y galaxias. Aprender más sobre sus propiedades puede ayudar a aprender sobre la formación y evolución de todas las estrellas y galaxias, incluida nuestra Vía Láctea.

Mientras examinaba una discrepancia entre los datos del Radiotelescopio Nançay y el Telescopio Green Bank (GBT), O’Neil descubrió un error: “El GBT apuntó accidentalmente a las coordenadas incorrectas y encontró este objeto. Es una galaxia formada únicamente por gas y no tiene estrellas visibles. Podría haber estrellas allí, pero no podemos verlas”.

Conocida como J0613+52, esta galaxia LSB es diferente a otras que se han observado antes. “Lo que sí sabemos es que es una galaxia increíblemente rica en gas. No está mostrando formación estelar como esperábamos, probablemente porque su gas es demasiado difuso. Al mismo tiempo, está demasiado lejos de otras galaxias para que puedan ayudar a desencadenar formación estelar a través de algún encuentro. J0613+52 parece estar intacta y subdesarrollada. Este podría ser nuestro primer descubrimiento de una galaxia cercana formada por gas primordial”, añade O’Neil.

Cuando se trata de J0613+52, hay muchas más preguntas que respuestas. Una imagen óptica profunda en múltiples bandas podría revelar más y superar los límites de la luz estelar observable. La baja densidad superficial del gas de la galaxia hace que sea muy difícil, o incluso imposible, observarla en otras longitudes de onda. O’Neil añade: «Un estudio completo del cielo realizado con un instrumento extremadamente sensible como el Telescopio Green Bank podría descubrir más de estos objetos».

Sobre el Observatorio de Green Bank

El Observatorio Green Bank es una gran instalación de la Fundación Nacional de Ciencias y está operado por Associated Universities, Inc. El primer observatorio nacional de radioastronomía de los EE. UU. alberga el Telescopio Green Bank de 100 metros, el radiotelescopio más grande en el mundo que puede ser apuntado en todas direcciones.

 

Enlace a la noticia original escrita por Jill Malusky, traducida al español por AUI/NRAO Chile.

Núcleos de nubes moleculares sacan a la luz misterio de formación estelar

Publicado el | por María Fernanda Durán

Datos recabados con los radiotelescopios más grandes del mundo aportan nuevos indicios sobre el proceso que da origen a las estrellas.

Un equipo internacional reveló una misteriosa actividad de formación estelar en el borde lejano de la galaxia M83. Los resultados de la investigación se presentaron durante una conferencia de prensa en el marco de la 243 reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS, en su sigla en inglés) en Nueva Orleans (Luisiana, EE. UU.).

El estudio se basó en datos recabados con distintos instrumentos como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) y el Green Bank Telescope (GBT) de NRAO, así como el telescopio Subaru del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la sonda Galaxy Evolution Explorer (GALEX) de la NASA.

Normalmente, las nuevas estrellas se forman cuando el gas atómico difuso se concentra hasta volverse gas molecular y crear lo que se conoce como nube molecular, en cuyo núcleo de alta densidad se activa el proceso de formación estelar. Mientras suele ser común en la parte interna de las galaxias, este proceso se va volviendo cada vez más raro en las zonas más alejadas de estos astros.

Mónica Rubio, astrónoma de la Universidad de Chile, y parte del equipo de investigación, califica como «emocionante descubrir esta pequeña nube molecular tan lejos del borde óptico de M83 y expuesta a un alto campo de radiación ultravioleta.» Explica además que «la sensibilidad y el poder de resolución sin precedentes de ALMA hicieron posible este descubrimiento. Muestra que estas nubes moleculares no se resuelven con una resolución de 6 pc. ¡Son aún más pequeñas! Esto es genial.»

Aunque se observa un número sorprendente de estrellas jóvenes en las zonas más alejadas de muchas galaxias, la comunidad científica no lograba entender a cabalidad cómo ni por qué se forman estas estrellas, pues era imposible determinar su lugar de nacimiento. En esta investigación, se descubrieron 23 nubes moleculares donde transcurre un tipo diferente de actividad de formación estelar, en la que no se aprecian grandes nubes moleculares “normales”, sino apenas sus densos núcleos donde surgen estas estrellas. El hallazgo aporta datos valiosos para entender mejor los procesos físicos de la formación estelar en general.

“La formación de estrellas en las extremidades de las galaxias ha sido todo un misterio desde que el satélite GALEX de la NASA observó el fenómeno por primera vez hace 18 años”, comenta el astrónomo Jin Koda, de la Universidad Stony Brook, quien dirigió el estudio. “Los intentos sucesivos de encontrar nubes moleculares en ambientes similares no dieron frutos”. David Thilker, de la Universidad Johns Hopkins, quien observara por primera vez la actividad de formación estelar en los límites de M83 y otras galaxias, señala: “Ha sido gratificante ver la búsqueda de nubes densas en las extremidades finalmente dar resultados y revelar una huella observacional diferente de las nubes moleculares, igualmente característica”.

La observación de estas nubes moleculares allanó el camino hacia otro importante hallazgo de este estudio: la existencia de una gran reserva de gas atómico difuso. Normalmente, el gas atómico se condensa hasta generar nubes moleculares. En ellas, se forman núcleos aún más densos de los que empiezan a brotar estrellas. Este fenómeno se da incluso en los límites externos de las galaxias, pero la transformación de ese gas atómico en nube molecular sigue sin explicación.

Amanda Lee, estudiante de pregrado del equipo de investigación de Jin Koda, procesó los datos del GBT y el VLA que permitieron realizar el hallazgo. Fue entonces cuando descubrió la reserva de gas atómico en las extremidades de la galaxia. “Todavía no entendemos por qué este gas atómico no acaba de generar nubes moleculares densas y formar estrellas”. Como suele suceder en la astronomía, la búsqueda de respuestas a un misterio muchas veces conduce a un nuevo misterio. “Por eso la investigación astronómica es tan fascinante”, agrega Amanda Lee, quien actualmente cursa un doctorado en astronomía en la Universidad de Massachusetts en Amherst.

David Thilker agrega: “Estoy muy entusiasmado con esta nueva oportunidad que surge en el límite externo de la galaxia para estudiar mejor estos procesos físicos, que son fundamentales para el crecimiento expansivo de las galaxias y aún están en curso en la era cósmica actual”.

“Cuando empecé, no sabía qué papel desempeñaría mi trabajo. Fue muy estimulante verlo contribuir al estudio general de los procesos de formación estelar”, celebra Amanda Lee.

Información adicional

Puedes ver la conferencia de prensa sobre éste y otros resultados expuestos en la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en este enlace.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en nombre de América del Norte.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes

Una investigación reveló una inusual actividad de formación estelar en un turbulento ambiente en las extremidades de la galaxia M83. El área, delimitada en amarillo, es representada a partir de datos recabados con distintos instrumentos. De izquierda a derecha: imagen óptica de CTIO, imagen ultravioleta de GALEX, imagen de HI de 21 cm del VLA y el GBT, e imagen de CO(3-2) de ALMA. En esta última imagen, se muestran en detalle los “corazones” incubadores de estrellas de las nubes moleculares, delimitados por círculos blancos. Crédito: J. Koda et al.

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