La mirada más profunda hasta ahora al corazón de un cuásar
30 de noviembre de 2022
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Los agujeros negros supermasivos activos emiten chorros de plasma estrechos e increíblemente poderosos que escapan casi a la velocidad de la luz. Thomas Krichbaum, astrónomo del Instituto Max Planck de Radioastronomía (MPIfR) en Bonn, Alemania, uno de los principales autores del trabajo, dice: "Estos chorros se han estudiado durante muchas décadas, sin embargo, los detalles de la formación de chorros no se entienden bien y son un tema de investigación en curso. Un problema no resuelto era cómo y dónde los chorros se coliman en un haz estrecho, lo que les permite propagarse a distancias extremas más allá de su galaxia anfitriona. Los astrónomos ahora se dieron cuenta de que estos chorros de gran alcance pueden incluso afectar la evolución galáctica. Estas nuevas observaciones de radio están sondeando a una profundidad de 0,5 años luz en el corazón del agujero negro en 3C273 en la región, donde el flujo de plasma a chorro se colima en un haz estrecho".
Este nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, incluye observaciones del chorro 3C 273 a la resolución angular más alta hasta la fecha. El trabajo innovador fue posible gracias al uso de un conjunto estrechamente coordinado de antenas de radio en todo el mundo, una combinación del Global Millimeter VLBI Array (GMVA) y el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile. Además, también se realizaron observaciones coordinadas con el High Sensitivity Array (HSA) para extender el estudio de 3C 273 a escalas más grandes, con el fin de medir también la forma global del chorro. Los datos de esta investigación se recopilaron en 2017, casi al mismo tiempo que las observaciones del Event Horizon Telescope (EHT) revelaron las primeras imágenes de un agujero negro en M87, que es una radiogalaxia aproximadamente 20 veces más cercana que 3C273.
El MPIfR es la institución líder de la GMVA. Los datos se procesan en el centro correlacionador del instituto, y las observaciones son coordinadas desde el instituto.
"3C 273 se ha estudiado durante décadas como el laboratorio ideal más cercano para los chorros de cuásares", dice Hiroki Okino, autor principal de este artículo y estudiante de doctorado en la Universidad de Tokio y el Observatorio Astronómico Nacional de Japón. "Sin embargo, a pesar de que el cuásar es un vecino cercano, hasta hace poco, no teníamos un ojo lo suficientemente agudo como para ver dónde se forma este estrecho y poderoso flujo de plasma".
La imagen del chorro 3C 273 ofrece a los científicos la primera vista de la parte más interna del chorro en un cuásar, donde se produce la colimación o estrechamiento del haz. El equipo descubrió además que el ángulo de la corriente de plasma que fluye lejos del agujero negro se tensa a una distancia muy larga. Esta parte estrecha del chorro continúa increíblemente lejos, mucho más allá del área donde gobierna la gravedad del agujero negro.
"Es sorprendente ver que la forma de la poderosa corriente se forma lentamente a larga distancia en un cuásar extremadamente activo. Esto también se ha descubierto cerca en agujeros negros supermasivos mucho más débiles y menos activos", dice Kazunori Akiyama, científico investigador del Observatorio Haystack del MIT y líder del proyecto. "Los resultados plantean una nueva pregunta: ¿cómo ocurre la colimación del chorro de manera tan consistente en sistemas de agujeros negros tan variados?"
Las nuevas y extremadamente nítidas imágenes del jet 3C 273 fueron posibles gracias a la inclusión del interferómetro de ALMA, que fue gradual para actuar como un solo gran radiotelescopio. El GMVA y ALMA se conectaron a través de los continentes utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga (VLBI) para obtener información altamente detallada sobre fuentes astronómicas distantes. La notable capacidad VLBI de ALMA fue posible gracias al equipo del Proyecto de Fases de ALMA (APP). El equipo internacional de APP, liderado por el Observatorio Haystack del MIT y el MPIfR, desarrolló el hardware y el software para convertir ALMA, un conjunto de sesenta y seis telescopios, en la estación de interferometría astronómica más sensible del mundo. La recopilación de datos en estas longitudes de onda aumenta en gran medida la resolución y la sensibilidad de la matriz VLBI. Esta capacidad fue fundamental no sólo para el GMVA, sino también para el trabajo de imágenes de agujeros negros del EHT.
Anton Zensus, director del MPIfR y coautor del presente trabajo, concluye: "La incorporación de ALMA a las redes globales VLBI es un cambio completo para la ciencia de los agujeros negros. Con este avance, obtuvimos las primeras imágenes de agujeros negros supermasivos, y ahora en casos como 3C 273 nos está ayudando a ver por primera vez nuevos detalles increíbles sobre cómo los agujeros negros alimentan sus chorros también en objetos más distantes".
