M87: Primera evidencia de rotación de un agujero negro

La radiogalaxia cercana M87, situada a 55 millones de años luz de la Tierra y que alberga un agujero negro 6.500 millones de veces más masivo que el Sol, tiene un chorro oscilante que se mueve arriba y abajo unos 10 grados, lo que confirma que su agujero negro gira.

El estudio, cuyos resultados se han publicado en la revista Nature, ha sido realizado por un equipo internacional dirigido por el investigador chino Yuzhu Cui en el que ha participado el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA).

Gracias a un exhaustivo análisis de los datos obtenidos por una veintena de telescopios de todo el mundo entre 2000 y 2022, el equipo ha descubierto que el movimiento de precesión de la base del chorro tiene un ciclo recurrente de una vez años, tal y como establece la Teoría General de la Relativida de Einstein.

El estudio relaciona la dinámica del chorro con el agujero negro supermasivo central y ofrece pruebas de que el agujero negro de M87 gira.

Enormes cantidades de material

Los agujeros negros supermasivos situados en el centro de radiogalaxias (las más potentes del universo) pueden acumular enormes cantidades de material debido a la extraordinaria fuerza gravitatoria ya la potencia de los chorros de plasma (los jets), que se aproximan a la velocidad de la luz y se extienden a millas de años-luz de distancia.

Como se transfieren la energía los agujeros negros supermasivos, sus discos de acreción y los chorros relativistas han desconcertado a físicos y astrónomos durante más de un siglo.

El espin de los agujeros negros

La teoría predominante sugiere que se puede extraer energía de un agujero negro que gira, lo que permite que parte del material que rodea al agujero negro supermasivo sea expulsado con gran energía, pero el espíritu de los agujeros negros supermasivos no se había observado directamente.

En este estudio, el equipo se centró en M87, donde se observó el primer chorro astrofísico en 1918.

Las regiones de formación de chorros cercanas al agujero negro pueden estudiarse en detalle con interferometría de línea de base muy larga (VLBI) a partir de las imágenes obtenidas con el Event Horizon Telescope (EHT).

Tras analizar los datos VLBI de M87 de los últimos 23 años, el equipo detectó el chorro precesional periódico en su base que ofrecía una visión del estado del agujero negro central.

Las teorías de Einstein: “Arrastre de marco”

Pero ¿qué fuerza del universo puede alterar la dirección de un chorro tan potente? La respuesta podría estar en el comportamiento del disco de acreción.

A medida que los materiales en inflexión orbitan alrededor del agujero negro, forman una estructura parecida a un disco antes de entrar gradualmente en espiral hasta que son atraídos fatalmente hacia el agujero negro.

Pero si el agujero negro está girando, ejerce un impacto significativo en el espaciotiempo circundante y hace que los objetos cercanos sean arrastrados a lo largo de su eje de rotación, un fenómeno conocido como “arrastre de marco”, predicho por la Teoría General de la Relatividad de Einstein.Representación esquemática del modelo de disco de acreción inclinado.

El exhaustivo análisis del equipo de investigación indica que el eje de rotación del disco de acreción se desalinea con el eje de giro del agujero negro, dando lugar a un chorro precesional.

La detección de esta precesión no solo ha proporcionado pruebas inequívocas de que el agujero negro supermasivo de M87 está girando, sino que ha mejorado nuestra comprensión de la naturaleza de los agujeros negros supermasivos.

“Estamos encantados con este importante hallazgo”, ha destacado el investigador del Zhejiang Lab y autor principal del estudio, Yuzhu Cui.

“Tras el éxito de la obtención de imágenes de agujeros negros en esta galaxia con el EHT, saber si este agujero negro está girando o no ha sido una preocupación central entre los científicos”, ha añadido Kazuhiro Hada, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

“Ahora la expectación se ha convertido en certeza. Sabemos que este monstruoso agujero negro está girando”, ha subrayado Hada.

Aunque este estudio arroja luz sobre el misterioso mundo de los agujeros negros supermasivos, también presenta retos formidables, ya que la estructura del disco de acreción y el valor exacto del espín del agujero negro supermasivo M87 siguen siendo muy inciertos y que habrá que seguir estudiando.

Con información de DW