Imagen fija del agujero negro supermasivo Sagitario A*, junto a una ilustración que indica dónde el modelado de los datos predice el punto caliente y su órbita alrededor del agujero negro. Crédito: Colaboración EHT, ESO/M. Kornmesser.
Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos y astrónomas ha detectado signos de un “punto caliente” que orbita Sagitario A* (Sgr A*), el agujero negro del centro de nuestra galaxia. El hallazgo nos ayuda a comprender mejor el enigmático y dinámico entorno de nuestro agujero negro supermasivo.
“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 círculo completo en solo unos 70 minutos. ¡Esto requiere una impresionante velocidad de aproximadamente el 30% de la velocidad de la luz!”, afirma Maciek Wielgus, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn (Alemania), quien ha dirigido este estudio.
Las observaciones se realizaron con ALMA 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 de 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 ocultas en las mediciones de ALMA.
Casualmente, 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”, es decir, burbujas de gas caliente que orbitan muy rápido y muy cerca del agujero negro.
“Lo que es realmente nuevo e interesante es que, hasta ahora, este tipo de llamaradas 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 realizadas en el rango de las ondas de radio”, declara Wielgus, quien también está afiliado al Centro Astronómico Nicolás Copérnico (Polonia) y a la Iniciativa del Agujero Negro de la Universidad de Harvard (Estados Unidos).
“Tal vez estos puntos calientes detectados en longitudes de onda infrarrojas sean 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), quien también ha participado en este estudio.
Durante mucho tiempo se pensó que las llamaradas se originaban a partir de interacciones magnéticas en el gas abrasador 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”, declara la coautora, Monika Mościbrodzka, de la Universidad de Radboud.
ALMA mirando hacia la Vía Láctea con Sagitario A* en el centro galáctico. Crédito: ESO/José Francisco Salgado, Colaboración EHT.
ALMA permite a la comunidad astronómica estudiar la emisión de radio polarizada de Sagitario A*, lo cual puede usarse 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 que rodea a Sagitario A*. Con respecto a las observaciones anteriores, esta investigación proporciona restricciones más fuertes sobre la forma de este campo magnético, ayudando a la comunidad astronómica a descubrir la naturaleza de nuestro agujero negro y sus alrededores.
“ALMA ha sido desde sus inicios una máquina revolucionaria. Ahora a su máxima capacidad, su área de recolección es inigualable y permite a la comunidad predecir escenarios sin necesidad de ‘ver’ la estructura de emisión. Esta vez, en lugar de resolver el anillo alrededor del agujero negro supermasivo como lo hizo el EHT, los astrónomos se centraron en cuánto vio ALMA (sola, sin el resto) del cambio en el brillo y la polarimetría de SgrA* después de un evento de llamarada detectado en rayos X. Basados en esa información, se concluyó que una nube caliente de electrones debe haber estado orbitando alrededor del agujero negro supermasivo (en el sentido de las agujas del reloj, visto desde la Tierra) a aproximadamente el 30% de la velocidad de la luz y a una distancia orbital del agujero negro equivalente a la órbita de Mercurio”, explica Hugo Messias, líder de ALMA para estas observaciones y coautor del artículo. “Este es otro caso más en astronomía donde, aunque no resolvemos la emisión, podemos predecir lo que está pasando a escalas muy pequeñas, y esta vez solo es posible gracias a la sensibilidad de ALMA”.
Las observaciones confirman algunos de los descubrimientos previos realizados por el instrumento GRAVITY, instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO, que observa en el infrarrojo. “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 del centro galáctico”, afirma Ivan Marti-Vidal, de la Universidad de València (España), coautor del estudio.
El equipo también espera poder observar directamente con el EHT los grupos de gas en órbita, 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*”, concluye Wielgus.
El artículo “Orbital motion near Sagittarius A* – Constraints from polarimetric ALMA observations” fue publicado el 22 de septiembre de 2022 en Astronomy & Astrophysics.
Fuente: ALMA