Un nuevo mapa del agujero negro M87 revela cómo cambia la emisión con la distancia

Una nueva mirada a M87 va más allá de la primera imagen de un agujero negro

La primera imagen de un agujero negro, publicada en 2019 por la colaboración Event Horizon Telescope, se convirtió de inmediato en un hito de la astronomía moderna. Esa imagen mostró el agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, una gran galaxia elíptica situada a unos 53,5 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Virgo. Ahora, los investigadores han llevado la ciencia un paso más allá al examinar no solo la forma de la emisión alrededor del agujero negro, sino también cómo cambia esa emisión con la distancia al centro.

Según el texto fuente proporcionado, un equipo internacional liderado por investigadores del Observatorio Astronómico de Shanghái realizó el primer estudio espectral dual de frecuencia y con resolución espacial del agujero negro de M87. Al combinar imágenes a escala del horizonte obtenidas por varios observatorios, el equipo produjo lo que el informe describe como el primer mapa espacialmente resuelto de cómo varía con el radio la firma espectral del objeto. El trabajo fue publicado en The Astrophysical Journal Letters el 20 de julio.

Eso es un paso importante porque la primera imagen de un agujero negro nunca fue solo una foto en el sentido habitual. Fue una medición de física extrema cerca de uno de los entornos más hostiles del universo. Este nuevo estudio añade otra capa al analizar cómo difieren las propiedades de la radiación de una región a otra, ofreciendo una sonda más detallada del plasma y de los procesos alrededor del agujero negro.

Cómo construyó el equipo el mapa

El estudio se basó en observaciones obtenidas en 2018 por el Event Horizon Telescope y la Global Millimeter VLBI Array. Los investigadores combinaron imágenes hechas en dos longitudes de onda, 1,3 milímetros y 3,5 milímetros, que abarcan el rango de radio de frecuencia extremadamente alta y el borde de alta frecuencia de las microondas. El uso de esas dos frecuencias permitió al equipo derivar un índice espectral a lo largo de la estructura observada.

En términos prácticos, ese índice les dice a los astrónomos cómo cambia la intensidad de la radiación con la frecuencia en diferentes lugares alrededor del agujero negro. En lugar de tratar la región como un solo resplandor no resuelto, el nuevo enfoque la divide en un patrón que varía espacialmente. Eso permite inferir dónde dominan distintos regímenes físicos.

El resultado, según el texto fuente, es una imagen del entorno de emisión alrededor del agujero negro de M87 que depende del radio. La zona más interna muestra un índice espectral positivo que aumenta ligeramente con el radio. Más hacia afuera, el índice disminuye y se vuelve negativo. Ese cambio no es meramente descriptivo. Señala una modificación en las condiciones radiativas subyacentes alrededor del agujero negro.

Qué significa el cambio del índice espectral

La fuente explica que el índice positivo en la región interna sugiere una fuerte influencia de la autoabsorción sincrotrón. En ese proceso, los electrones que se mueven a través de campos magnéticos a casi la velocidad de la luz emiten radiación y luego reabsorben parte de los fotones que ellos mismos produjeron. Una región dominada por ese efecto se comporta de forma distinta de otra en la que los fotones escapan con mayor libertad.

Más lejos del centro, el nuevo mapa muestra una transición hacia un régimen ópticamente delgado, en el que los fotones emitidos pueden salir sin ser absorbidos, dispersados o reemitidos en la misma medida. El texto fuente sitúa esa transición a unos 30 microsegundos de arco del agujero negro.

Esa escala de distancia es diminuta en el cielo, pero físicamente reveladora. Marca un límite entre condiciones internas fuertemente moldeadas por la autoabsorción y condiciones externas en las que la radiación puede viajar de forma más directa hacia los observadores. Para los astrónomos que intentan entender cómo se comporta la materia cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro supermasivo, identificar esa transición es importante porque restringe modelos de estructura del plasma, campos magnéticos y transporte de energía.

Por qué esto importa para la física de agujeros negros

Los agujeros negros no pueden observarse directamente en términos visibles porque ni siquiera la luz puede escapar desde el interior del horizonte de sucesos. Lo que los astrónomos sí pueden observar es el comportamiento de la materia y la radiación en el entorno circundante. Eso hace que cada mejora en la técnica de medición sea valiosa. La importancia del nuevo estudio de M87 es que va más allá de una imagen estática y se acerca a un método diagnóstico.

El texto fuente proporcionado dice explícitamente que el trabajo ofrece una nueva forma de caracterizar la física extrema y las condiciones presentes alrededor del agujero negro. Esa frase tiene un peso real. El mapa espectral puede ayudar a distinguir entre interpretaciones competidoras de lo que ocurre en el plasma cerca del motor central, incluida la forma en que se distribuye la energía y dónde la emisión se vuelve lo bastante transparente como para revelar diferentes capas de la estructura.

M87 es un objetivo especialmente importante para este tipo de trabajo porque ya se ha convertido en el caso de referencia para la obtención de imágenes de agujeros negros a escala del horizonte. Las mejoras logradas allí pueden moldear los métodos usados en otros sistemas y en futuras campañas de observación. El mismo objeto que dio al mundo la primera imagen de un agujero negro ahora ayuda a definir cómo podrían estudiarse los agujeros negros con un detalle físico más rico.

Un hito colaborativo construido sobre observatorios globales

El proyecto también refleja la naturaleza internacional y multimodal de la astronomía de frontera. El texto fuente identifica colaboradores del Key Laboratory of Radio Astronomy and Technology de la Academia China de Ciencias, la Universidad de Tsukuba, el Instituto de Radioastronomía de INAF, el Instituto de Astrofísica de Andalucía CSIS y el Instituto Max Planck de Radioastronomía, entre otros. Esa amplitud es típica de la interferometría de muy larga base, donde observatorios separados por enormes distancias actúan juntos como un solo instrumento del tamaño de la Tierra.

El logro técnico no consiste solo en reunir datos, sino en combinar observaciones de diferentes instalaciones y frecuencias en un análisis coherente y espacialmente resuelto. La investigación sobre agujeros negros avanza cada vez más en esa dirección: no solo obtener imágenes más nítidas, sino extraer de ellas más significado físico.

De una imagen icónica a una visión física más precisa

La primera imagen del agujero negro de M87 cambió la percepción pública de la astronomía porque convirtió de repente en algo tangible un objeto célebremente invisible. Este nuevo resultado es menos dramático visualmente, pero científicamente puede ser igual de revelador. Sugiere que los astrónomos están entrando en una etapa en la que las observaciones a escala del horizonte pueden mapear condiciones físicas cambiantes en lugar de limitarse a confirmar la presencia de una estructura semejante a una sombra.

Ese cambio importa. Cuanto con más precisión puedan los investigadores rastrear dónde domina la autoabsorción, dónde la emisión se vuelve ópticamente delgada y cómo varían estas condiciones con la distancia, con mayor rigor podrán poner a prueba las teorías sobre los entornos de los agujeros negros. M87 sigue estando demasiado lejos y siendo demasiado extremo como para entenderlo mediante una sola instantánea. Pero con el mapeo espectral a escala del horizonte, los astrónomos se acercan a convertir una imagen histórica en un retrato físico más completo.

Este artículo está basado en una cobertura de Universe Today. Leer el artículo original.