El chorro de precesión de M87 revela el rápido giro del agujero negro – Physics World

El chorro de precesión de M87 revela el rápido giro del agujero negro – Physics World

Marca de tiempo: 6 de octubre de 2023 9:00 a. M.

Impresión artística del agujero negro en el centro de M87
Modelo de disco de acreción inclinado Impresión artística del agujero negro en el centro de M87, que muestra cómo el disco de acreción y el chorro están desalineados con el eje de rotación del agujero negro. (Cortesía: Yuzhu Cui et al. (2023), Intouchable Lab@Openverse y Zhejiang Lab)

El chorro relativista que emana del agujero negro en el corazón de la galaxia Messier 87 (M87) se tambalea mientras es arrastrado por el agujero negro en rotación, según han descubierto nuevas observaciones de radio. Esta es la primera evidencia directa de que poderosos chorros de galaxias activas son impulsados ​​por agujeros negros que giran rápidamente, no lentamente.

M87 es la galaxia elíptica gigante que se encuentra en el corazón del cúmulo de galaxias de Virgo, a 55 millones de años luz de distancia. Es famoso por albergar el primer agujero negro supermasivo que tuvo su “sombra” fotografiado por el Telescopio Horizonte de Sucesos, allá por 2019. M87 también produce un potente chorro de partículas cargadas que se extiende al menos a 5000 años luz del agujero negro. Este chorro es tan grande y brillante que incluso es visible en imágenes tomadas por astrónomos aficionados con equipos de jardinería.

Aunque M87 fue la primera galaxia que albergaba un chorro relativista hace más de un siglo, ahora se sabe que miles de galaxias y quásares tienen chorros. El material de estos chorros es extraído por campos magnéticos de un disco de acreción de material que gira en espiral alrededor del agujero negro. La teoría postulaba que la energía del chorro se extrae de la energía de rotación del agujero negro.

Ahora, un equipo internacional de astrónomos –dirigido por Yuzhu Cui del Laboratorio Zhejiang en Hangzhou, China, y Kazuhiro Hada de la Universidad de Estudios Avanzados de Japón y del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, ha realizado las primeras observaciones que apoyan directamente esta teoría, publicando los resultados en Naturaleza.

"Una de las implicaciones más importantes de este estudio es que un agujero negro giratorio es esencial para generar un poderoso chorro relativista como se ve en M87 y otras radiogalaxias o cuásares", dice Hada. Mundo de la física.

"Si se confirma el resultado, sería realmente un salto de gigante en nuestra comprensión de los aviones", añade Yannis Liodakis de la Universidad de Turku en Finlandia, que no participó en el estudio. En 2022, Liodakis fue el autor principal de un papel en Naturaleza que encontró frentes de choque y turbulencias en el jet de M87.

peonza

Combinando 17 años de observaciones de radioastronomía desde el Red VLBI de Asia Oriental (EAVN), el Matriz de línea de base muy larga (VLBA), la matriz conjunta de KVN y VERA (KaVA) y el Red VLBI casi global de Asia Oriental a Italia (Eating), sumando más de 20 radiotelescopios en total, Hada y el equipo descubrieron que el chorro de M87 está en precesión.

Piense en una peonza y en cómo su eje de rotación parece girar en círculo. El chorro en M87 es perpendicular al disco de acreción, pero tanto el chorro como el disco están desalineados con respecto al eje de rotación del agujero negro. A medida que el agujero negro gira, arrastra consigo el espacio-tiempo, un efecto conocido como "arrastre de fotogramas". Al hacerlo, tira del disco de acreción, lo que provoca que la dirección que señala el chorro fuera del eje precese o se tambalee aproximadamente 10 grados en un período de aproximadamente 11 años.

En 1973, el físico John Wheeler postuló su famoso teorema del no-pelo: que un agujero negro puede caracterizarse completamente por sólo tres parámetros: su masa, su carga eléctrica y su momento angular (el “pelo” es una metáfora de todo lo demás). el resto de la información entra en el agujero negro y se vuelve inaccesible). La masa del agujero negro supermasivo de M87 es aproximadamente 6.5 millones de veces la masa de nuestro Sol, y su carga eléctrica se considera insignificante. Sin embargo, a pesar de esta medición de la precesión del chorro mientras es arrastrado por el agujero negro que gira, todavía no es posible definir una velocidad para ese giro.

Velocidad de giro del agujero negro

Sin embargo, se podría suponer que los agujeros negros con potentes chorros tendrán giros rápidos, mientras que los agujeros negros sin chorros tenderán a girar más lentamente.

"El período de precesión del chorro depende tanto del giro del agujero negro como del tamaño del disco de acreción", afirma Hada. Desafortunadamente, el tamaño del disco del M87 no se conoce bien. En su modelización teórica, el equipo asumió 40 rotaciones por año, pero ésta es sólo una posible solución: diferentes valores de giro con diferentes tamaños de disco también podrían explicar el grado de precesión.

“Sin embargo, es muy probable que la escala de tiempo de rotación del agujero negro sea mucho más corta que la de la precesión del chorro y del disco”, afirma Hada. “Medir el valor de este giro es exactamente nuestro siguiente paso. Con suerte, esto será posible combinando nuestro monitoreo de chorros y una película de agujeros negros del Event Horizon Telescope”.

Liodakis señala lo vital que es saber que los agujeros negros que giran rápidamente impulsan chorros, porque ayudará a los astrónomos a limitar el tamaño del disco de acreción en el centro de una galaxia como M87, y la composición de dichos chorros.

"No es un resultado inesperado", afirma Liodakis. "Pero ciertamente es fantástico tener una confirmación directa".

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