Hora del Este en abril de 2019, el equipo de colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) publicó por primera vez la primera imagen de un agujero negro en la historia de la humanidad, presentando claramente un cuerpo celeste que nunca antes había sido observado directamente. Ahora, un equipo multinacional de astrónomos ha obtenido "la vista de rayos X más detallada hasta ahora" del chorro de plasma del mismo agujero negro supermasivo M87*, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA.

Según el último artículo publicado en la plataforma preimpresa arXiv, los investigadores detallaron cómo utilizaron datos de observación a largo plazo del Telescopio Chandra para rastrear la evolución de este enorme chorro cósmico a una escala de más de diez años, destacando la capacidad única del observatorio para estudiar los cambios en las grandes estructuras cósmicas a lo largo del tiempo. M87* se encuentra en el cúmulo de galaxias de Virgo, a unos 55 millones de años luz de la Tierra. El material circundante es capturado por la fuerte gravedad del agujero negro y forma un disco de acreción caliente. Bajo la influencia de la rotación y el campo magnético del agujero negro, genera chorros de alta energía que se extienden a lo largo de miles de años luz.

El modelo estándar de astronomía sostiene que cuando un agujero negro supermasivo devora el gas y el polvo circundante, el disco de material formará un disco de acreción giratorio de alta temperatura alrededor del agujero negro. La poderosa gravedad del agujero negro y su rotación a alta velocidad distorsionan conjuntamente el campo magnético circundante, enrollándolo en haces en los dos polos. Estos campos magnéticos en espiral parecen convertirse en "aceleradores de partículas", emitiendo constantemente chorros de partículas de alta energía fuera de la galaxia. Los datos de la NASA muestran que el chorro de M87* tiene más de 3.000 años luz de largo, se precipita hacia las profundidades del universo a una velocidad relativista cercana a la velocidad de la luz y libera radiación que cubre una variedad de bandas de ondas, desde radio hasta rayos X.

Esta investigación fue dirigida por Camille Poitras, estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad Laval en Canadá. El equipo utilizó tecnología avanzada de procesamiento de imágenes de rayos X para sintetizar y reconstruir múltiples datos de observación del chorro M87* adquiridos por Chandra entre 2012 y 2025. Tradicionalmente, las imágenes de rayos X se han combinado con observaciones de radio, ópticas e infrarrojas para estudiar las diferentes estructuras de los chorros de agujeros negros. Los radiotelescopios son buenos para resolver estructuras más grandes y extendidas en los chorros, mientras que los rayos X son más sensibles a las partes más calientes y energéticas de los chorros. Sin embargo, debido a las limitaciones de resolución, durante mucho tiempo ha sido difícil que las imágenes de rayos X "dividan" claramente las complejas estructuras detalladas del chorro.

En el último trabajo, el equipo de Chandra realizó el llamado proceso de "deconvolución" en las imágenes, que mejoró significativamente la resolución de la imagen, permitiendo que la precisión de los detalles presentados en la vista de rayos X se acerque a la de las imágenes de los telescopios ópticos e infrarrojos, manteniendo al mismo tiempo la sensibilidad de los rayos X a las estructuras de alta energía. Esto significa que las imágenes procesadas de Chandra pueden tener en cuenta tanto la resolución estructural como la información de alta energía en el mismo campo de visión, proporcionando una herramienta más poderosa para estudiar el mecanismo de aceleración de partículas dentro del chorro. Al superponer y analizar observaciones durante más de diez años, el equipo de investigación pudo representar meticulosamente la evolución del jet M87* en una línea de tiempo, revelando la trayectoria de su estructura interna en una escala de diez años.

"Hemos podido ver chorros cambiando antes, pero nunca con este nivel de detalle en longitudes de onda de rayos X", dijo Poitras. Ella señala que a través de técnicas de deconvolución, ahora se pueden resolver estructuras que solían estar mezcladas en imágenes de rayos X, lo que permite a los científicos rastrear más claramente el movimiento relativo y los cambios de diferentes componentes en el chorro durante más de una década. Estas observaciones de series temporales a largo plazo y en escala fina proporcionan pistas clave para comprender cómo los chorros de los agujeros negros transportan energía desde cerca del horizonte de sucesos hasta la escala de la galaxia.

M87* fue elegido como objetivo para la primera imagen de agujero negro del EHT en 2019, en parte porque es un agujero negro supermasivo "activo" con un disco de acreción brillante y importantes chorros relativistas. Por el contrario, el entorno actual del agujero negro Sagitario A* en el centro de nuestra galaxia es relativamente "árido" y carece de suficiente gas y polvo, por lo que en general se encuentra en un estado relativamente "tranquilo". El alto nivel de actividad de M87* no sólo lo convierte en un objeto de observación ideal para el Event Horizon Telescope, sino que también proporciona al equipo Chandra una excelente muestra para estudiar la evolución dinámica del chorro.

El análisis muestra que la última imagen de rayos X del chorro de M87* parece ser más "dinámica" de lo que se apreciaba anteriormente. Dentro de este enorme chorro de energía, algunas estructuras parecen casi estacionarias, mientras que otras exhiben el equivalente visual de moverse a cinco veces la velocidad de la luz. Los investigadores enfatizaron que esto no significa que la materia realmente exceda la velocidad de la luz, sino que proviene de un artefacto de observación llamado "movimiento superluminal". Cuando el material del chorro se mueve casi a la velocidad de la luz en una dirección cercana a la Tierra, los observadores verán que la proyección del chorro en el fondo del cielo parece moverse más rápido que la velocidad de la luz debido a la trayectoria de la luz y a los efectos de retardo de tiempo.

Este efecto visual superluminal proporciona a los astrónomos una ventana única a la interacción de partículas de alta energía en chorros con campos magnéticos en escalas de tiempo relativamente cortas. Gerrit Schellenberger, astrofísico del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y coautor del artículo, dijo que este trabajo demuestra el poder continuo de Chandra para rastrear fenómenos cósmicos extremos en escalas de tiempo largas y ayuda a profundizar nuestra comprensión de cómo la energía liberada cerca de los agujeros negros supermasivos se transporta a lo largo de chorros y finalmente se deposita en el entorno de la galaxia en la que reside. Este tipo de investigación no sólo está relacionada con el proceso físico del propio agujero negro, sino que también está estrechamente relacionado con la formación y evolución de las galaxias.

El equipo de investigación señaló que las imágenes reprocesadas y de alto detalle de Chandra ayudarán a explorar cómo las partículas dentro del chorro se aceleran hasta niveles de energía extremos. Desde ciertos ángulos de observación, estas partículas de alta energía y su capacidad de radiación parecen incluso "destrozar las leyes de la física", desafiando constantemente nuestra comprensión actual de los procesos físicos en condiciones extremas. Los resultados relevantes se han publicado públicamente en la plataforma de preimpresión arXiv, y el Observatorio de rayos X Chandra también ha publicado una nota de prensa simultáneamente para que la comunidad de investigación científica y el público conozcan más sobre este trabajo.