M87: la película

Esta semana la NASA organizó la Black Hole Week, un evento mundial creado para celebrar uno de los objetos astronómicos que más captura la imaginación de la gente. Me enteré tarde, pero aquí nos unimos hoy. La celebración coincide con el aniversario del anuncio, el 10 de abril de 2019, de la imagen lograda por el telescopio más grande del mundo (el Event Horizon Telescope, EHT) del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de la galaxia gigante Messier 87, en el cúmulo de galaxias de Virgo. La imagen es una reconstrucción hecha a partir de registros simultáneos de ocho radiotelescopios distribuídos por todo el mundo, logrando una resolución espacial sin precedentes. Si alguien te dice que eso no es una foto, recordá que las que sacás con el celular también son una reconstrucción matemática de los datos recolectados por un sensor de radiación electromagnética. La diferencia está en detalles técnicos. Así que es una foto. Es ésta:

El disco oscuro central mide 20 microsegundos de arco (una pelo a mil kilómetros), y es un 25% mayor que el "verdadero" agujero, el espacio de donde no puede escapar la luz. El anillo brillante alrededor no viene del agujero negro, por supuesto, sino del material supercaliente que existe a su alrededor, ya que M87* (se dice "eme ochenta y siete asterisco", o em-eighty-seven-star) es como un quasar ("cuéisar"). Hasta podemos ver (y lo hemos fotografiado nosotros mismos) el chorro de materia y energía que surge de sus proximidades. El propio EHT ha fotografiado el movimiento del chorro que surge del quasar prototípico 3C 279, que también mostramos en 2020.

Cuando comentamos el evento en 2019 dijimos que las observaciones correspondían a 4 días distintos en 2017, y que también se había registrado la polarización de la radiación para reconstruir el campo magnético, que en estos objetos juega un rol organizando el flujo de materia y energía. Y los dos hechos han dado lugar a nuevos descubrimientos. 

En septiembre de 2020, en plena pandemia de covid-19, la foto de M87* se convirtió en una minipelícula de pocos fotogramas, que muestra el movimiento del material alrededor del agujero negro:

La imagen de alta resolución de 2017 (usando el EHT completo) se ha usado como patrón para reconstruir las imágenes tomadas, de manera preliminar, con menos componentes en años anteriores. Obviamente, el resultado es conjetural, y depende de una cantidad de suposiciones acerca del objeto (su momento angular, por ejemplo), pero sirve de muestra de las posibilidades del instrumento. En el futuro podremos ver el verdadero movimiento del anillo de materia en escala de días. 

Tan extraordinaria como esta película es la reconstrucción del campo magnético, publicada hace pocos días. La imagen de portada es preciosa, artística pero basada en las verdaderas observaciones. No es en absoluto comparable a las fotos de arriba: el EHT no tiene la resolución suficiente para obtener esta imagen. Los filamentos que vemos en la parte brillante se supone que son chorros de plasma en el disco de acreción del agujero negro. El plasma es materia eléctrica cuyo movimiento produce y a la vez obedece a los campos magnéticos, cuya dirección e intensidad puede medirse en la polarización de las ondas de radio observadas. La verdadera imagen es mucho menos atractiva, pero es de destacar que se puede observar el movimiento en los cuatro días de observación de 2017:

La medición, indirectamente, permitió calcular la tasa a la cual el material del disco está cayendo dentro del agujero negro. No parece mucho, pero no sé cuánto me esperaba: son unos dos Júpiters por año, o un par de Tierras por día. Gulp.

El campo magnético observado es decepcionantemente tenue: entre 1 y 30 Gauss, no mucho mayor que el campo magnético en la superficie terrestre. Pero claro, extendido por un espacio inmenso, es una energía enorme.

Seguimos esperando las imágenes del agujero negro supermasivo que se encuentra en el centro de nuestra propia galaxia. Es muchísimo más chico que el de M87, de manera que aunque está mucho más cerca, es más duro de pelar. Pero el EHT tiene sin duda un futuro prometedor y veremos cosas fascinantes en el futuro cercano.

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Las imágenes son de los papers que cuentan los descubrimientos:

Wielgus et al, Monitoring the morphology of M87* in 2009–2017 with the Event Horizon Telescope, ApJ 901:67 (2020).

The Event Horizon Telescope Collaboration et al., First M87 Event Horizon Telescope results. VII. Polarization of the ring, ApJL 910:L12 (202).

The Event Horizon Telescope Collaboration et al., First M87 Event Horizon Telescope results. VIII. Magnetic field structure near the event horizon, ApJL 910:L13 (2021).