En 2017, los astrónomos capturaron las primeras imágenes de un agujero negro coordinando antenas de radio en todo el mundo para actuar como un telescopio del tamaño de un planeta. La red sincronizada, conocida colectivamente como Event Horizon Telescope (EHT), se enfoca en M87*, el agujero negro en el centro de la galaxia cercana Messier 87. La resolución del foco láser del telescopio revela un anillo brillante muy delgado alrededor del centro oscuro, que representa la primera imagen de la sombra de un agujero negro.

Los astrónomos ahora han vuelto a enfocar su mirada en capturar la nueva capa de M87*. El equipo, que incluye a científicos del Observatorio Haystack del MIT, ha aprovechado otra red global de observatorios, el Global Millimeter VLBI Array (GMVA), para capturar una vista más ampliada del agujero negro.

Las nuevas imágenes, tomadas un año después de las observaciones iniciales de EHT, revelan un anillo más grueso y esponjoso que es un 50 por ciento más grande que el primero informado. Este anillo más grande es un reflejo de la resolución del conjunto de telescopios, que está sintonizado para captar más plasma supercaliente y brillante que rodea el agujero negro.

Por primera vez, los científicos pudieron ver que parte del anillo del agujero negro consiste en plasma del disco de acreción que lo rodea: un panqueque giratorio de electrones al rojo vivo que el equipo cree que se calienta a miles de millones de grados Celsius como el plasma. fluye hacia el agujero negro. los agujeros negros se acercan a la velocidad de la luz.

Las imágenes también revelan el escape de plasma del anillo central, que los científicos creen que es parte de un chorro relativista expulsado del agujero negro. Los científicos rastrearon esta emisión hasta el agujero negro y observaron por primera vez que la base del chorro parece estar conectada al anillo central.

“Esta es la primera imagen en la que podemos identificar dónde están los anillos, en relación con los poderosos chorros que escapan del agujero negro central”, dijo Kazunori Akiyama, científico investigador del Observatorio Haystack del MIT, quien desarrolló el software de imágenes utilizado para visualizar los agujeros. .negro “Ahora podemos comenzar a responder preguntas como cómo los agujeros negros capturan la materia y cómo a veces escapa”.

Akiyama es parte de un equipo internacional de astrónomos que presentó las nuevas imágenes, junto con su análisis, en una papel hoy a las Natural.

ojos dilatados

Para obtener imágenes de M87*, los astrónomos utilizaron una técnica de radioastronomía conocida como interferometría de línea de base muy larga o VLBI. Cuando las señales de radio pasan a través de la Tierra, como las de las emisiones de plasma de los agujeros negros, las antenas de radio de todo el mundo pueden captar las señales. Luego, los científicos pueden determinar el momento en que cada disco registró una señal y la distancia entre los discos, y combinar esta información de manera análoga a la señal que ve un telescopio de escala planetaria muy grande.

Cuando cada radiotelescopio se gira a una determinada frecuencia, la matriz en su conjunto puede enfocarse en una característica particular de la señal de radio. La red EHT está configurada en 1,3 milímetros, la resolución equivalente a mirar un grano de arroz en California, desde Massachusetts. Con esta resolución, los astrónomos pueden ver a través de la mayor parte del plasma que rodea a M87* y obtener imágenes de los anillos más delgados, lo que resalta la sombra del agujero negro.

Por el contrario, la red GMVA opera a una longitud de onda de 3 milímetros ligeramente más larga, lo que proporciona una resolución angular ligeramente inferior. Con este enfoque, la matriz podría resolver una semilla de calabaza en lugar de un grano de arroz. La red en sí consta de alrededor de una docena de radiotelescopios repartidos por los Estados Unidos y Europa, la mayoría de ellos ubicados a lo largo del eje este-oeste de la Tierra. Para hacer un telescopio del tamaño de un planeta verdaderamente capaz de captar señales de radio lejos de M87*, los astrónomos tuvieron que extender los “ojos” del conjunto hacia el norte y el sur.

Para hacerlo, el equipo contrató dos observatorios de radio adicionales: el Telescopio de Groenlandia al norte y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) al sur. ALMA es un conjunto de 66 antenas de radio ubicadas en el desierto de Atacama de Chile. Los científicos de MIT Haystack, incluida la científica investigadora principal Lynn Matthews, están trabajando para poner en fase o sincronizar los platos de ALMA para que funcionen como una de las partes más poderosas e importantes de la red GMVA.

“Tenga estos dos telescopios [as part of] matriz global produce un
aumenta la resolución angular por un factor de cuatro en la dirección norte-sur”, dice Matthews. “Esto aumenta enormemente el nivel de detalle que podemos ver. Y en este caso, el resultado es un salto espectacular en nuestra comprensión de la física de operar cerca del agujero negro en el centro de la galaxia M87″.

Colocar

El 14 y 15 de abril de 2018, los astrónomos coordinaron el telescopio GMVA, junto con los observatorios de Groenlandia y ALMA, para registrar emisiones de radio a 3 milímetros, provenientes de la dirección de la galaxia M87. Luego, los científicos utilizaron varios algoritmos de procesamiento de imágenes, incluido uno desarrollado por Akiyama, para procesar las observaciones de GMVA en imágenes visuales.

Las imágenes resultantes revelan más plasma que rodea el agujero negro, en forma de anillos más grandes y esponjosos. Los astrónomos también pueden ver el plasma saliendo del centro del anillo brillante.

“Lo interesante es que todavía estamos viendo un área central oscura que rodea el agujero negro, pero también estamos comenzando a ver un brillo mucho más largo que proviene de este anillo central”, dijo Akiyama.

Los astrónomos esperan precisar más propiedades del plasma del agujero negro, como su perfil de temperatura y composición. Con ese fin, planean ajustar EHT y GMVA a la nueva resolución. Al observar M87* en múltiples longitudes de onda, pudieron crear imágenes en capas y una comprensión más detallada del agujero negro y la emisión que produce.

“Si sucede algo grande en el mundo, puede sintonizar AM y FM para armar la ‘imagen completa’ del evento”, dice Geoffrey Crew, científico investigador de Haystack que trabaja en apoyo de ALMA y EHT. “Esto no es diferente. Podría pensar que las imágenes EHT M87* se crearon en FM y estos resultados son de AM. Ambos cuentan una historia, y juntos son una mejor historia.