Investigadores descubren un punto caliente cerca del agujero negro Sagitario A* con el radiotelescopio ALMA

20. Septiembre 2022

Un grupo internacional de investigadores dirigido por Maciek Wielgus del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn ha descubierto un objeto que orbita el agujero negro en un camino muy estrecho en solo unos 70 minutos. La observación de este punto caliente se realizó con la instalación del telescopio ALMA en los Andes chilenos.

Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), los astrónomos han detectado signos de un "punto caliente" que orbita Sagitario A*, el agujero negro en el centro de nuestra galaxia. El hallazgo nos ayuda a comprender mejor el entorno enigmático y dinámico de nuestro agujero negro supermasivo.

Una imagen fija del agujero negro supermasivo Sagitario A*, visto por Event Horizon Collaboration (EHT), con una ilustración que indica dónde el modelado de los datos de ALMA predice que estará el punto caliente y su órbita alrededor del agujero negro.
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Una imagen fija del agujero negro supermasivo Sagitario A*, visto por Event Horizon Collaboration (EHT), con una ilustración que indica dónde el modelado de los datos de ALMA predice que estará el punto caliente y su órbita alrededor del agujero negro.



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"Creemos que estamos viendo una burbuja caliente de gas que se desliza alrededor de Sagitario A * en una órbita similar en tamaño a la del planeta Mercurio, pero haciendo un bucle completo en solo unos 70 minutos. ¡Esto requiere una velocidad alucinante de aproximadamente el 30% de la velocidad de la luz!", dice Maciek Wielgus, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, quien dirigió el estudio publicado en Astronomy & Astrophysics.

Las observaciones se realizaron con ALMA en los Andes chilenos, un radiotelescopio copropiedad del Observatorio Europeo Austral (ESO), durante una campaña de la Colaboración del Event Horizon Telescope (EHT) para obtener imágenes de agujeros negros. En abril de 2017, el EHT conectó ocho radiotelescopios existentes en todo el mundo, incluido ALMA, lo que resultó en la primera imagen recientemente publicada de Sagitario A *. Para calibrar los datos de EHT, Wielgus y sus colegas, que son miembros de la Colaboración EHT, utilizaron datos de ALMA registrados simultáneamente con las observaciones de EHT de Sagitario A*. Para sorpresa del equipo, había más pistas sobre la naturaleza del agujero negro oculto en las mediciones exclusivas de ALMA.

Por casualidad, algunas de las observaciones se realizaron poco después de que se emitiera una ráfaga o llamarada de energía de rayos X desde el centro de nuestra galaxia, que fue detectada por el Telescopio Espacial Chandra de la NASA. Se cree que este tipo de llamaradas, previamente observadas con telescopios de rayos X e infrarrojos, están asociadas con los llamados "puntos calientes", burbujas de gas caliente que orbitan muy rápido y cerca del agujero negro.

"Lo que es realmente nuevo e interesante es que tales llamaradas hasta ahora solo estaban claramente presentes en las observaciones de rayos X e infrarrojos de Sagitario A *. Aquí vemos por primera vez una indicación muy fuerte de que los puntos calientes en órbita también están presentes en las observaciones de radio", dice Wielgus, quien también está afiliado al Centro Astronómico Nicolás Copérnico, Polonia y la Iniciativa del Agujero Negro de la Universidad de Harvard, Estados Unidos.

"Tal vez estos puntos calientes detectados en longitudes de onda infrarrojas son una manifestación del mismo fenómeno físico: a medida que los puntos calientes emisores de infrarrojos se enfrían, se vuelven visibles en longitudes de onda más largas, como las observadas por ALMA y el EHT", agrega Jesse Vos, estudiante de doctorado en la Universidad de Radboud, Países Bajos, que también participó en este estudio.

Durante mucho tiempo se pensó que las llamaradas se originaban a partir de interacciones magnéticas en el gas muy caliente que orbita muy cerca de Sagitario A *, y los nuevos hallazgos respaldan esta idea. "Ahora encontramos una fuerte evidencia de un origen magnético de estas llamaradas y nuestras observaciones nos dan una pista sobre la geometría del proceso. Los nuevos datos son extremadamente útiles para construir una interpretación teórica de estos eventos", dice la coautora Monika Mościbrodzka de la Universidad de Radboud.

ALMA permite a los astrónomos estudiar la emisión de radio polarizada de Sagitario A*, que se puede utilizar para revelar el campo magnético del agujero negro. El equipo utilizó estas observaciones junto con modelos teóricos para aprender más sobre la formación del punto caliente y el entorno en el que está incrustado, incluido el campo magnético alrededor de Sagitario A *. Su investigación proporciona restricciones más fuertes sobre la forma de este campo magnético que las observaciones anteriores, ayudando a los astrónomos a descubrir la naturaleza de nuestro agujero negro y sus alrededores.

Las observaciones confirman algunos de los descubrimientos previos realizados por el instrumento GRAVITY en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, que observa en el infrarrojo. Los datos de GRAVITY y ALMA sugieren que la llamarada se origina en un grupo de gas que se arremolina alrededor del agujero negro a aproximadamente el 30% de la velocidad de la luz en el sentido de las agujas del reloj en el cielo, con la órbita del punto caliente casi de frente.

"En el futuro, deberíamos poder rastrear puntos calientes a través de frecuencias utilizando observaciones coordinadas de múltiples longitudes de onda con GRAVITY y ALMA: el éxito de tal esfuerzo sería un verdadero hito para nuestra comprensión de la física de las llamaradas en el centro galáctico", dice Ivan Marti-Vidal de la Universidad de València en España, coautor del estudio.

El equipo también espera poder observar directamente los grupos de gas en órbita con el EHT, para sondear cada vez más cerca del agujero negro y aprender más sobre él. "Con suerte, algún día, nos sentiremos cómodos diciendo que 'sabemos' lo que está sucediendo en Sagitario A *", dice Maciek Wielgus.

"Estos nuevos e impresionantes resultados muestran que los desarrollos de la fase de las antenas de ALMA por parte de MPIfR y otros institutos son exitosos incluso más allá de las imágenes con el EHT. Permiten comprender la variabilidad de tales fuentes que antes no eran posibles", concluye Anton Zensus, director y jefe del departamento de investigación "Radioastronomía / VLBI" en MPIfR.