Agujero negro supermasivo M87: por qué su increíble velocidad cambiaría la comprensión del universo

El agujero negro supermasivo M87, ubicado en el centro de la galaxia elíptica Messier 87, gira al 80% de la velocidad máxima permitida por la física, mientras que su disco de acreción se precipita hacia él a casi una cuarta parte de la velocidad de la luz. Este hallazgo es fundamental porque arroja nuevos datos sobre cómo estos fenómenos extremos afectan la dinámica de los núcleos galácticos, y ofrece una mejor comprensión de los chorros relativistas que emanan de ellos, cruciales para el estudio de la evolución de las galaxias.

Este descubrimiento también proporciona pistas clave para entender los procesos que rigen los agujeros negros supermasivos, conocidos por su influencia en la formación y comportamiento de las galaxias. Al medir la velocidad y la dinámica de su disco de acreción, los investigadores abren nuevas puertas a la exploración de estos cuerpos colosales, fundamentales para la física astrofísica y la cosmología.

Cómo se midió la velocidad del agujero negro supermasivo M87

El agujero negro M87 fue el primero en ser fotografiado directamente en 2019, convirtiéndose en un referente en el estudio de estos objetos extremos, señalan desde Muy Interesante. Con una masa estimada en 6.500 millones de veces la del Sol, este coloso domina el núcleo de su galaxia y permite explorar los procesos físicos de los agujeros negros supermasivos.

El nuevo estudio, basado en observaciones del Telescopio del Horizonte de Sucesos (EHT), permitió medir con precisión tanto la velocidad de rotación como el ritmo de alimentación del agujero negro, dos parámetros fundamentales que antes se conocían solo de forma aproximada.

Los investigadores analizaron la diferencia de brillo entre ambos lados del anillo observado por el Telescopio del Horizonte de Eventos, identificando un efecto Doppler relativista. Este fenómeno hace que el material que se acerca al observador brille más que el que se aleja, lo que permitió deducir la velocidad de rotación del plasma más cercano al agujero negro.

La materia se desplaza al 14% de la velocidad de la luz, equivalente a 42 millones de metros por segundo, afirman desde la publicación. A partir de este dato, los científicos calcularon el parámetro de giro o spin del agujero negro, obteniendo un valor de 0,8 en una escala donde el máximo teórico es 1.

Medir el spin de un agujero negro es complejo, ya que, a diferencia de su masa o la sombra proyectada, el giro no puede observarse directamente. Para deducirlo, los autores recurrieron a imágenes del Telescopio del Horizonte de Eventos obtenidas en 2017 y 2018, comparando la ubicación del brillo máximo del anillo de plasma entre ambos años.

Además del brillo, los investigadores analizaron los patrones de polarización de la luz, que reflejan la orientación del campo magnético en el disco de acreción. Suponiendo que el gas está ionizado y sigue las líneas del campo magnético, calcularon que la materia cae hacia el agujero negro a una velocidad de 70 millones de metros por segundo, equivalente al 23% de la velocidad de la luz, lo que refuerza la imagen de un sistema altamente dinámico.

El estudio sobre agujeros negros: clave para la exploración cósmica

En cuanto a la cantidad de materia que el agujero negro puede absorber, los científicos calcularon la tasa de acreción combinando la velocidad de caída con la densidad estimada del plasma. En ese sentido, también contemplaron dos escenarios: uno con un disco delgado y otro con un disco grueso, que influyen en el volumen de materia que puede ingresar por segundo.

La tasa mínima estimada es de 0,00004 masas solares por año, mientras que el valor máximo alcanza 0,4 masas solares por año. Estos niveles, aunque altos, están muy por debajo del límite de Eddington, el umbral teórico donde la presión de radiación detendría la caída de más materia.

Estos resultados son esenciales para desarrollar modelos que expliquen la formación y evolución de galaxias, ya que los agujeros negros supermasivos parecen tener un papel central. Los chorros pueden barrer grandes cantidades de gas interestelar, afectando la formación estelar y modificando el entorno galáctico.

Hasta ahora, medir el spin de un agujero negro requería modelos complejos o técnicas indirectas basadas en rayos X. El método empleado en este trabajo, que se apoya en imágenes directas del disco de acreción y en el análisis del efecto Doppler, abre nuevas posibilidades para estudiar el giro de otros agujeros negros, aclaran desde Muy Interesante.

La importancia de M87 como laboratorio cósmico se fortalece con cada nuevo análisis, al permitir el estudio de fenómenos como la relatividad general, la dinámica de fluidos extremos y los campos magnéticos más intensos del universo. Aunque su imagen ya es conocida, los avances en su interpretación siguen arrojando detalles hasta ahora ocultos.