GRANADA, España– Un estudio coliderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha revelado que la forma elíptica del anillo de la galaxia M87, situada a unos 55 millones de años luz de la Tierra, se debe a la turbulencia del plasma que la rodea y no a la velocidad de rotación (espín) de su agujero negro central, M87*.
M87* es el agujero negro supermasivo cuya histórica imagen, capturada por el Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), dio la vuelta al mundo en 2019. Aquella fotografía reveló un anillo luminoso ligeramente alargado alrededor de M87*, suscitando la pregunta de por qué no era perfectamente circular. La revista Astronomy & Astrophysics ha publicado ahora este nuevo estudio que arroja luz sobre esta cuestión.
Según explicó Rohan Dahale, investigador del IAA-CSIC y coautor principal del trabajo, la investigación ha demostrado que la forma ligeramente alargada del anillo no está causada por la gravedad o por el giro del agujero negro. En su lugar, es el resultado de procesos astrofísicos turbulentos en el plasma circundante.
Desmontando la teoría del espín y la gravedad
La teoría de la relatividad general de Einstein predice que la sombra de un agujero negro en rotación se achata ligeramente, adoptando una forma elíptica debido a la distorsión del espacio-tiempo causada por su espín. Cuantificar esta elipticidad se consideraba una vía directa para estimar el espín del agujero negro, uno de los dos parámetros (junto con la masa) que definen su apariencia y propiedades físicas.
Para refinar esta medida, en 2018 se incorporó el Telescopio de Groenlandia a la red de estaciones del EHT, triplicando la resolución espacial y la sensibilidad de la colaboración. Empleando cinco algoritmos independientes de reconstrucción de imagen basados en técnicas de síntesis de apertura, el equipo científico pudo comprobar consistentemente que el anillo se aparta de un círculo perfecto en aproximadamente un 8%. También descubrieron que esta elipse está girada unos 50° en sentido antihorario respecto al norte, alineada aproximadamente con el punto más brillante del anillo.
Para determinar si la gravedad por sí sola podía explicar esa forma alargada, el equipo comparó las imágenes reales con una serie de simulaciones por ordenador que exploraban distintos escenarios físicos, incluyendo varios valores de espín para el agujero negro. Sin embargo, los científicos no hallaron una relación clara entre el espín y la elipse en las imágenes simuladas.
En su lugar, descubrieron que la forma alargada del anillo estaba directamente relacionada con lo que denominan «emisión no anular»: un resplandor difuso que rodea el anillo principal, más intenso en aquellos modelos con electrones muy energéticos y con un chorro de materia (jet) más brillante.
Hacia una comprensión más profunda
Según Ilje Cho, de la Universidad de Yonsei (Corea del Sur) y coautor principal del estudio, «estos resultados apuntan a que la elipticidad de M87* es, sobre todo, una huella del plasma turbulento que gira en torno al agujero negro, y no un reflejo directo de su fuerza gravitatoria o de su velocidad de rotación». Este hallazgo permite «separar mejor el papel de la gravedad del de los procesos astrofísicos a la hora de formar estas increíbles imágenes, y dar un paso más hacia la comprensión de cómo se comporta la materia en los entornos más extremos del universo», explicó Cho.
Aunque medir el espín de M87* en presencia de tanta turbulencia representa un gran desafío, el equipo propone avanzar mediante dos vías complementarias: realizar observaciones sostenidas a lo largo de los años y lanzar telescopios en órbita. Estos últimos, mediante interferometría de muy larga base (VLBI) espacial, serían capaces de resolver directamente el «anillo de fotones», una delgada envoltura de luz que orbita el agujero negro y que porta una señal gravitacional más pura, idónea para medir su espín.
