Los investigadores utilizaron dos décadas de datos de radiotelescopios de todo el mundo para confirmar el giro de la galaxia M87 observando la oscilación de su chorro de agujero negro supermasivo. Este descubrimiento marca un gran avance en la investigación de los agujeros negros. El agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, famoso por la primera fotografía de la sombra de un agujero negro, ha creado otra primicia: se ha demostrado que el chorro emitido por el agujero negro oscila, lo que demuestra directamente que el agujero negro está girando.
Diagrama esquemático del modelo de disco de acreción inclinado. En este diagrama, se supone que el eje de giro del agujero negro está recto hacia arriba y hacia abajo. La dirección del chorro es casi perpendicular al plano del disco. La desalineación entre el eje de giro del agujero negro y el eje de rotación del disco provoca una inclinación hacia adelante del disco y los chorros. Fuente: Cui Yuzhu et al. (2023), IntouchableLab@Openverse y Laboratorio Zhijiang
Los agujeros negros supermasivos son monstruos miles de millones de veces más pesados que el sol, que devoran todo lo que les rodea, incluida la luz, y son difíciles de estudiar porque ninguna información puede escapar del interior. En teoría, hay muy pocas propiedades que podamos medir. Una propiedad que se puede observar es el giro, pero debido a las dificultades involucradas, no se han realizado observaciones directas del giro de un agujero negro.
Veinte años de observaciones descubren pruebas
Para buscar evidencia del giro de un agujero negro, un equipo internacional analizó más de dos décadas de observaciones de la galaxia M87. Esta galaxia se encuentra a 55 millones de años luz de distancia en dirección a Virgo. Contiene un agujero negro con una masa 6.500 millones de veces mayor que la del sol. La primera imagen de la sombra de un agujero negro capturada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT) en 2019 también es este agujero negro. Como todos sabemos, el agujero negro supermasivo de M87 tiene un disco de acreción y un chorro. El primero envía materia al agujero negro y el segundo expulsa materia de las proximidades del agujero negro a una velocidad cercana a la de la luz.
(Arriba) Estructura del jet M87 a una frecuencia de 43 GHz promediada cada dos años entre 2013 y 2018. El año correspondiente está marcado en la esquina superior izquierda. Las flechas blancas indican el ángulo de posición del chorro en cada subfigura. (Abajo) Evolución observada de la dirección del chorro de 2000 a 2022. Los puntos verde y azul provienen de datos de observación a 22 y 43 GHz respectivamente. La línea roja es la curva sinusoidal que mejor se ajusta con un período de 11 años. Fuente: YuzhuCui et al. (2023)
El equipo de investigación analizó 170 períodos de tiempo de datos recopilados por la Red VLBI de Asia Oriental (EAVN), el Very Long Baseline Array (VLBA), el KVN y VERA Combined Array (KaVA) y la red VLBI de Asia Oriental a Italia del Mundo Cercano (Eating). Más de 20 radiotelescopios de todo el mundo contribuyeron a la investigación.
Resultados de la investigación e importancia.
Los resultados muestran que las interacciones gravitacionales entre el disco de acreción y el giro del agujero negro hacen que la base del chorro se tambalee o se incline hacia adelante, de la misma manera que las interacciones gravitacionales dentro del sistema solar hacen que la Tierra se incline hacia adelante. El equipo vinculó con éxito la dinámica del chorro con el agujero negro supermasivo central, proporcionando evidencia directa de que el agujero negro efectivamente está girando. El cambio de dirección del chorro es de unos 10 grados y el período de empuje hacia adelante es de 11 años, lo que concuerda con la simulación teórica por supercomputadora realizada por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) ATERUIII.
"Estamos entusiasmados con este importante descubrimiento", afirmó Cui Yuzhu, primer autor del artículo. Cui Yuzhu era estudiante de posgrado en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón y posteriormente trabajó como investigador postdoctoral en el Laboratorio de Zhejiang. Dado que la desalineación entre el agujero negro y el disco estelar es relativamente pequeña y el período proactivo es de aproximadamente 11 años, la acumulación de datos de alta resolución que rastrean la estructura de M87 durante más de dos décadas y la realización de análisis en profundidad son las claves para lograr este resultado. "
El Dr. Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, explicó: "Después de obtener imágenes exitosas del agujero negro en esta galaxia utilizando el EHT, la cuestión de si este agujero negro está rotando ha sido el foco de los científicos. Ahora, la expectativa se ha vuelto cierta. Este monstruoso agujero negro de hecho está girando".
El Dr. Motoki Kino de la Universidad Kogakuin, coordinador del Grupo de Trabajo Científico del Núcleo Galáctico Activo de la Red VLBI de Asia Oriental, dijo: "Este es un hito científico emocionante, finalmente revelado a través de años de observaciones conjuntas por parte de un equipo internacional de investigadores de 45 instituciones de todo el mundo. Nuestros datos de observación concuerdan bien con las sinusoides simples, lo que aporta nuevos avances a nuestra comprensión de los agujeros negros y los sistemas de chorros".