Un equipo científico internacional, con la participación del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), ha obtenido nuevos datos que aportan una visión inédita de un agujero negro supermasivo: por primera vez, se observa tanto el agujero negro como el chorro de partículas que emerge a altísima velocidad desde el centro de la galaxia M87. Las nuevas observaciones, obtenidas con el Global Millimetre VLBI Array (GMVA), el Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) y el Greenland Telescope (GLT), muestran por primera vez cómo se forman potentes chorros de partículas a partir del material que cae al agujero negro de M87. Los resultados se publican en el número actual de Nature.

Concepción artística que muestra el flujo de acreción y el chorro que emerge del agujero negro en M87. Crédito: Sophia Dagnello.

M87 es una galaxia elíptica localizada a unos 55 millones de años-luz de la Tierra. En 2019, el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) obtuvo por primera vez la imagen del agujero negro supermasivo que alberga su núcleo, con unos 6500 millones de veces la masa del Sol. Aunque los agujeros negros muestran un campo gravitatorio tan intenso que ni la luz puede escapar de ellos, existen mecanismos a través de los que liberan parte del material que queda atrapado en sus cercanías formando un disco de acrecimiento, como los chorros a alta velocidad. M87, por ejemplo, presenta un chorro que emerge de sus regiones centrales y se extiende mucho más allá del tamaño de la propia galaxia que lo alberga. 

La imagen obtenida ahora revela por primera vez la conexión entre el flujo de acreción cerca del agujero negro supermasivo central y el origen del chorro. "Anteriormente habíamos visto tanto el agujero negro como el chorro en imágenes separadas, pero ahora hemos tomado una imagen panorámica de ambos. Esto nos da una visión más completa de los procesos físicos que actúan cerca del agujero negro", afirma Ru-Sen Lu, investigador del Observatorio Astronómico de Shangai que encabeza el estudio. Los modelos teóricos plantean que el material circundante cae en el agujero negro en un proceso conocido como acreción, pero hasta ahora no se había observado directamente.

Imagen del agujero negro junto a su chorro. Fuente: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).

“Hemos completado otro capítulo importante en el estudio de M87, al obtener el primer vistazo de cómo su agujero negro central se alimenta de su disco de acreción y lanza el chorro cósmico que se observó por primera vez hace más de un siglo”, apunta José Luis Gómez, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que participa en el hallazgo.

La luz de M87 es producida por la interacción entre electrones altamente energéticos y campos magnéticos, un fenómeno conocido como radiación sincrotrón. Las nuevas observaciones revelan detalles novedosos sobre la ubicación y la energía de estos electrones, y también indican algo sobre la naturaleza del propio agujero negro: no tiene mucha hambre. Consume materia a un ritmo bajo, convirtiendo solo una pequeña fracción en radiación.

Además, se encontró algo sorprendente en los nuevos datos: la radiación de la región interna cercana al agujero negro es más amplia de lo esperado, lo que podría significar que hay algo más que gas cayendo. También podría existir algún tipo de viento galáctico, que produce turbulencia alrededor del agujero negro.

La gran resolución y sensibilidad de la red intercontinental de telescopios empleada ha permitido obtener esta panorámica. El diámetro del anillo medido por el Global Millimetre VLBI Array es de 64 microarcosegundos, lo que corresponde al tamaño de una pelota de fútbol situado en la Luna visto desde la Tierra. 

“Estos sorprendentes resultados son solo el comienzo de una era fascinante en la radioastronomía. Nuestro equipo de investigación continuará explorando M87 y otros objetos similares utilizando la resolución inédita que pueden ofrecer las grandes combinaciones de antenas como GMVA, KVN y EHT”, adelanta Thalia Traianou, investigadora del Instituto de Astrofísica de Andalucía que participa en el trabajo.

R.S. Lu et al., A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet, Nature, April 27, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05843-w