Descubren la existencia de fuertes campos magnéticos en el borde del agujero negro del centro de nuestra galaxia

Una nueva imagen obtenida por la Colaboración EHT (Event Horizon Telescope) ha revelado la presencia de campos magnéticos potentes y organizados que giran en espiral desde el borde del agujero negro supermasivo Sagitario A* (Sgr A*). Obtenida por vez primera en luz polarizada, esta nueva imagen del monstruo que acecha en el corazón de la Vía Láctea ha revelado la existencia de una estructura de campo magnético sorprendentemente similar a la del agujero negro que hay en el centro de la galaxia M87, lo que sugiere que estos fuertes campos magnéticos pueden ser comunes a todos los agujeros negros. Esta similitud también apunta a un chorro oculto en Sgr A*.

En el EHT colabora el Observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un observatorio internacional fruto de la colaboración entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile.

En 2022, en conferencias de prensa realizadas por todo el mundo (incluidas las oficinas centrales del ALMA, en Chile), un grupo de científicos y científicas dio a conocer la primera imagen de Sgr A*. Aunque el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, que está a unos 27.000 años-luz de distancia de la Tierra, es más de mil veces más pequeño y menos masivo que el de M87 (el primer agujero negro fotografiado), las observaciones revelaron que los dos son bastante similares. Esto hizo que la comunidad científica se preguntara si, al margen de su apariencia, ambos compartían rasgos comunes. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios previos de la luz que hay alrededor del agujero negro de M87 (M87*) revelaron que los campos magnéticos de su entorno permitieron al agujero negro lanzar poderosos chorros de material que volvían al entorno circundante. Sobre la base de este trabajo, las nuevas imágenes han develado que lo mismo puede estar ocurriendo en Sgr A*.

«Lo que estamos viendo ahora es que hay campos magnéticos fuertes, retorcidos en forma de espiral y ordenados cerca del agujero negro del centro de la Vía Láctea», afirma Sara Issaoun, del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (EE.UU.), y también líder del proyecto. «Junto con el hecho de que Sgr A* tiene una estructura de polarización sorprendentemente similar a la observada en el agujero negro M87*, hemos aprendido que los campos magnéticos fuertes y ordenados son fundamentales para la forma en que los agujeros negros interactúan con el gas y la materia que los rodea».

La luz es una onda electromagnética oscilante o en movimiento que nos permite ver objetos. A veces, la luz oscila en una orientación preferida, denominada «polarizada». Aunque la luz polarizada nos rodea, para los ojos humanos es indistinguible de la luz «normal». En el plasma que rodea estos agujeros negros, las partículas que giran alrededor de las líneas del campo magnético confieren un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto permite a la comunidad astronómica ver, con detalles cada vez más vívidos, lo que sucede en las regiones de los agujeros negros y cartografiar sus líneas de campo magnético.

«Al obtener imágenes de la luz polarizada procedente del gas caliente y brillante que hay cerca de los agujeros negros, estamos deduciendo directamente la estructura y la fuerza de los campos magnéticos que enhebran el flujo de gas y materia del que se alimentan y, a su vez, expulsan», declara Angelo Ricarte, del equipo de investigación. «La luz polarizada nos enseña mucho más sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que tienen lugar cuando un agujero negro se alimenta».

La colaboración del EHT (Event Horizon Telescope), que produjo la primera imagen de nuestro agujero negro de la Vía Láctea publicada en 2022, ha capturado una nueva vista del objeto masivo en el centro de nuestra galaxia: cómo se ve en luz polarizada. Esta es la primera vez que los astrónomos han podido medir la polarización, una característica de los campos magnéticos, tan cerca del borde de Sagitario A*. Esta imagen muestra la vista polarizada del agujero negro de la Vía Láctea. Las líneas superpuestas en esta imagen marcan la orientación de la polarización, que está relacionada con el campo magnético alrededor de la sombra del agujero negro. (Imagen: Colaboración EHT)

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse un par de lentes de sol polarizadas, y esto es particularmente cierto en el caso de Sgr A*, que cambia constantemente y no se queda quieto para las fotos. La obtención de imágenes del agujero negro supermasivo requiere herramientas sofisticadas que van más allá de las que se utilizaban anteriormente para captar a M87*, un objetivo mucho más estable. Geoffrey Bower, del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica en Taipéi (Taiwán) y científico del proyecto EHT, afirma que: «Debido a que Sgr A* se mueve mientras intentamos obtener imágenes, ha sido difícil construir incluso la imagen no polarizada», y agrega que:   «Es un alivio haber podido obtener imágenes polarizadas. Algunos modelos estaban demasiado revueltos como para construir una, pero la naturaleza no ha sido tan cruel».

Mariafelicia De Laurentis, Responsable Adjunta del Departamento Científico del proyecto EHT y profesora de la Universidad de Nápoles Federico II (Italia), declaró que: «Con una muestra de dos agujeros negros, con masas muy diferentes y galaxias anfitrionas muy diferentes, es importante determinar en qué se parecen y en qué se diferencian. En ambos casos, los datos indican que cuentan con campos magnéticos fuertes, lo cual sugiere que esta puede ser una característica universal y quizás fundamental de este tipo de sistemas. Una de las similitudes entre estos dos agujeros negros podría ser un chorro, pero aunque hemos fotografiado uno muy obvio en M87*, aún no lo hemos encontrado en Sgr A*».

Para observar Sgr A*, la colaboración unió ocho telescopios de todo el mundo con el fin de crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra, el EHT. El ALMA, en el norte de Chile, fue parte de la red que realizó las observaciones en 2017.

«Al ser el ALMA el telescopio más grande y potente de los telescopios del EHT, desempeñó un papel clave para hacer posible esta imagen», afirma María Díaz Trigo, científica del Programa Europeo ALMA del ESO. «Ahora el ALMA está planificando un ‘cambio de imagen extremo’: la Actualización de la Sensibilidad de Banda Ancha, que hará que el ALMA sea aún más sensible y siga siendo un telescopio fundamental en las futuras observaciones de Sgr A* y de otros agujeros negros que lleve a cabo la colaboración EHT».

“Como estación crítica de la red, es una buena noticia que el ALMA pronto se someta a una importante actualización, hacia 2030, lo que mejorará en gran medida su sensibilidad a la emisión continua de SgrA* y M87*”, explica Hugo Messias, astrónomo líder del ALMA para Observaciones VLBI. «Recientemente, se reveló que el ALMA por sí solo puede proporcionar restricciones físicas críticas a los modelos adoptados por EHT para explicar las emisiones observadas, por lo que esta futura actualización beneficiará a todos».

La colaboración EHT ha realizado varias observaciones desde 2017. Cada año, las imágenes mejoran a medida que el EHT incorpora nuevos telescopios, mayor ancho de banda y nuevas frecuencias de observación. Las ampliaciones y mejoras planificadas para la próxima década permitirán filmar películas de alta fidelidad de Sgr A* que podrían revelar un chorro oculto y observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Por otro lado, extender el EHT al espacio proporcionaría imágenes de agujeros negros más nítidas que cualquiera de las conseguidas anteriormente.

El estudio se titula «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring». Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal Letters. (Fuente: Observatorio ALMA)