El Instituto de Astrofísica de Andalucía de Granada participa de la primera imagen en luz polarizada del agujero negro

Granada/El Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), con sede en el Camino Bajo de Huétor de Granada, ha puesto su sello en la elaboración de la primera imagen en luz polarizada del agujero negro supermasivo situado en la galaxia en la que se encuentra el planeta tierra, según informa la institución en una nota de prensa. El propio IAA ya participó en el descubrimiento y elaboración histórica de la primera foto de este fenómeno astronómico hace cerca de dos años.

En una nota de prensa, el IAA se congratula de que "la colaboración del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT, por sus siglas en inglés) ha presentado la primera imagen en luz polarizada de SgrA*, el agujero negro supermasivo situado en el centro de nuestra galaxia". "Esta imagen revela la presencia de intensos y organizados campos magnéticos que emergen en forma de espiral desde el borde mismo del agujero negro", añade el IAA, que explica que "esta estructura es similar a la observada en el agujero negro central de la galaxia M87, lo que sugiere que estos campos magnéticos intensos pueden ser comunes a todos los agujeros negros y apunta a la posible existencia de un chorro oculto en SgrA*, como el existente en M87". Estos resultados han sido publicados hoy en The Astrophysical Journal Letters.

En mayo de 2022 la colaboración del Telescopio Horizonte de Sucesos (EHT) presentó la primera imagen de Sgr A*. Este agujero negro supermasivo, a unos 27.000 años luz de la Tierra, mostraba un aspecto sorprendentemente similar al del agujero negro de la galaxia M87, a pesar de ser mas de mil veces más pequeño y menos masivo que éste. Para averiguarlo, el equipo decidió estudiar Sgr A* en luz polarizada. Estudios previos de M87* en este tipo de luz habían confirmado que la presencia de campos magnéticos está relacionada con la emisión de potentes chorros de material hacia el entorno circundante. Basándose en este trabajo, las nuevas imágenes revelaron que lo mismo podría ocurrir con Sgr A*.

"Lo que estamos observando ahora es la presencia de campos magnéticos intensos, retorcidos y organizados cerca del agujero negro en el centro de la Vía Láctea", afirma Sara Issaoun, investigadora del Programa Einstein de Becas Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica Harvard y Smithsonian, y co-líder del proyecto. "El hecho de que Sgr A* exhiba una estructura de polarización sorprendentemente similar a la de un agujero negro mucho más grande y potente como es M87*, nos ha permitido deducir que los campos magnéticos intensos y organizados desempeñan un papel fundamental en la interacción de los agujeros negros con el gas y la materia que los rodea", añade.

La luz polarizada

La luz es una onda electromagnética oscilante que nos permite percibir los objetos que, en ocasiones, por su propia oscilación, esta se produce en una dirección preferente. "Es entonces cuando hablamos de luz polarizada. A pesar de que este tipo de luz es habitual en nuestro día a día, para los ojos humanos resulta indistinguible de la luz no polarizada", explica la institución granadina. Prosigue: "En el plasma que rodea a los agujeros negros, las partículas que se giran alrededor de las líneas del campo magnético emiten radiación con un patrón de polarización perpendicular al campo. Esto posibilita observar con mayor detalle lo que está ocurriendo en las regiones de los agujeros negros y trazar las líneas de su campo magnético".

"Las imágenes de luz polarizada del gas incandescente caliente cerca de los agujeros negros nos permiten deducir de manera directa la estructura e intensidad de los campos magnéticos que atraviesan el flujo de gas y materia que alimenta al agujero negro, así como el que expulsa", afirma Angelo Ricarte, investigador del Black Hole Initiative Institute de la Universidad de Harvard, y co-lider del proyecto. "La luz polarizada nos ofrece valiosos conocimientos sobre la astrofísica, las propiedades del gas y los mecanismos que ocurren mientras un agujero negro se alimenta", relata.

Pero obtener imágenes de agujeros negros con luz polarizada no es tan fácil como ponerse unas gafas de sol polarizadas, y esto es especialmente cierto en el caso de Sgr A*, que cambia tan rápidamente que no se queda quieto para las fotografías. Para obtener imágenes de este agujero negro supermasivo se necesitan herramientas más sofisticadas que las utilizadas anteriormente para capturar M87*, un objetivo mucho más estable.

"Las imágenes de agujeros negros en luz polarizada revelan mucho más de lo que se ve a simple vista, algo así como leer por fin la historia dentro de un libro después de haber visto sólo su portada", comenta José Luis Gómez, vicepresidente del Consejo Científico del EHT y líder del grupo EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía. "Sin embargo, debido a que SgrA* está en constante movimiento, obtener incluso la imagen no polarizada resultó ser un inmenso desafío. Por ello, nos sentimos aliviados al comprobar que sí era posible obtener una imagen polarizada, lo que nos permite echar un vistazo por primera vez a los campos magnéticos que se arremolinan alrededor del agujero negro central de nuestra galaxia", añade Gómez.

Agujeros negros

Contar con imágenes y datos de ambos agujeros negros supermasivos en luz no polarizada abre nuevas oportunidades para comparar y contrastar agujeros negros de distintos tamaños y masas. A medida que la tecnología avance, es probable que estas imágenes revelen aún más secretos sobre los agujeros negros y sus posibles similitudes o diferencias.

"El patrón de polarización ofrece una oportunidad única para desentrañar los misterios de la estructura del espaciotiempo y explorar la existencia de un débil chorro cerca de Sgr A*, abordando una cuestión que ha desafiado a los científicos durante años", afirma Kotaro Moriyama, investigador postdoctoral en el IAA-CSIC y uno de los coordinadores del Grupo de Trabajo de Imágenes del EHT.

"Este hito tendrá un impacto significativo en la mejora de los modelos teóricos y las simulaciones, así como en los futuros planes de observación del EHT, ayudando a nuestra comprensión más profunda del comportamiento de la materia en las proximidades de los agujeros negros", añade Moriyama.

El EHT ha llevado a cabo varias observaciones desde 2017 y se prevé que vuelva a observar Sgr A* en abril de 2024. Cada año, las imágenes mejoran a medida que el EHT incorpora nuevos telescopios, un mayor ancho de banda y nuevas frecuencias de observación. Las expansiones previstas para la próxima década permitirán obtener películas de Sgr A* con una alta fiabilidad, lo que podría revelar la presencia de un chorro oculto y permitir a los astrónomos observar características de polarización similares en otros agujeros negros. Mientras tanto, la ampliación del EHT al espacio proporcionará imágenes de los agujeros negros más nítidas que nunca.

Un avance clave para el EHT es la incorporación de una nueva antena en el Observatorio del Teide en las Islas Canarias, un proyecto liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía. Esta nueva antena mejorará significativamente la sensibilidad del EHT, lo que es crucial para producir las primeras películas de agujeros negros. Además, el equipo del IAA está liderando dentro del EHT el desarrollo de algoritmos de última generación que son esenciales para la producción de estas primeras películas de agujeros negros. Esta iniciativa fue recientemente destacada en nuestro congreso inaugural sobre el tema, celebrado en Granada el pasado febrero, marcando un paso crucial hacia la realización de este ambicioso objetivo.