Localizan el agujero negro central de la galaxia Centaurus A

Un equipo internacional, encabezado por la colaboración del Telescopio de Horizontes de Sucesos (EHT), conocida por haber captado la primera imagen de un agujero negro en la galaxia M87, difunde ahora imágenes del corazón de la radiogalaxia cercana Centaurus A con un detalle sin precedentes. Centaurus A se encuentra a una distancia cuatro veces menor que M87, de modo que la resolución de las observaciones es cuatro veces mejor y se detectan regiones de tan solo 0.6 días luz. El equipo científico ha determinado la ubicación del agujero negro supermasivo central y revela cómo nace de sus cercanías un gigantesco chorro que muestra una extraña característica: parece emitir radiación solo en los bordes externos, lo que desafía los modelos teóricos.

La galaxia Centaurus A muestra una apariencia sorprendente. En el rango óptico, el que pueden ver nuestros ojos, se observa como una galaxia normal, con una forma alargada y una región central algo más brillante. Sin embargo, si se observa en radio se aprecian dos enormes lóbulos perpendiculares al disco –un chorro bipolar– que emergen del corazón de la galaxia y que la superan en tamaño.

Escalas de distancia reveladas en el chorro de Centaurus A. La imagen superior izquierda muestra cómo el chorro se dispersa en nubes de gas que emiten ondas de radio, captadas por los observatorios ATCA y Parkes. El panel superior derecho muestra una imagen compuesta en color, con un zoom de 40⨉ respecto al primer panel para ajustarse al tamaño de la propia galaxia. La emisión submilimétrica del chorro y del polvo de la galaxia medida por el instrumento LABOCA/APEX se muestra en naranja. La emisión de rayos X del chorro medida por el satélite Chandra se muestra en azul. La luz blanca visible de las estrellas de la galaxia ha sido captada por el telescopio MPG/ESO de 2,2 metros. El siguiente panel muestra una imagen ampliada de 165000⨉ del chorro interior obtenida con los telescopios TANAMI. El panel inferior muestra la nueva imagen de mayor resolución de la región de lanzamiento del chorro obtenida con el EHT en longitudes de onda milimétricas con un zoom de 60000⨉ de resolución del telescopio. Las barras de escala indicadas se muestran en años luz y días luz. Un año luz equivale a la distancia que recorre la luz en un año: unos nueve billones de kilómetros. En comparación, la distancia a la estrella más cercana conocida de nuestro Sol es de aproximadamente cuatro años luz. Un día luz equivale a la distancia que recorre la luz en un día: unas seis veces la distancia entre el Sol y Neptuno. Fuente: R. Bors; CSIRO/ATNF/I. Feain et al., R. Morganti et al., N. Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Müller et al.; EHT/M. Janßen et al.

De hecho, Centaurus A es uno de los objetos más grandes y brillantes en radio del cielo nocturno. Tras su identificación como una de las primeras fuentes de radio extragalácticas conocidas en 1949, ha sido estudiada exhaustivamente por diversos observatorios de radio, infrarrojos, óptico, de rayos X y de rayos gamma. En el centro de Centaurus A se encuentra un agujero negro con una masa de unos 55 millones de soles, que se halla en una escala de masas intermedia entre el agujero negro de Messier 87, con unos seis mil quinientos millones de masas solares, y el del centro de nuestra propia galaxia, con unos cuatro millones de soles.

En un artículo publicado en Nature Astronomy, la colaboración EHT difunde observaciones de Centaurus A con un detalle sin precedentes. «Esto nos permite por primera vez ver y estudiar un chorro extragaláctico a escalas más pequeñas que la distancia que recorre la luz en un día: vemos de cerca cómo nace un chorro gigantesco lanzado por un agujero negro supermasivo», señala el astrónomo Michael Janssen, participante del hallazgo.

Las imágenes del EHT permiten visualizar el chorro de Centaurus A con una frecuencia diez veces mayor y una resolución dieciséis veces más nítida que las observaciones realizadas hasta ahora (aun así, observar la sombra del agujero negro en Centaurus A requeriría una resolución unas cuarenta veces mejor). Ahora podemos relacionar las enormes escalas de estos lóbulos, que equivalen a dieciséis veces el diámetro de la Luna en el cielo, con su origen cerca del agujero negro en una región de apenas el ancho de una manzana en la Luna cuando se proyecta en el cielo: un factor de aumento de mil millones.

Comprender los chorros

Los agujeros negros supermasivos que residen en el centro de galaxias como Centaurus A se alimentan de gas y polvo, que son atraídos por su enorme fuerza gravitatoria. Este proceso, que libera grandes cantidades de energía, es lo que determina que una galaxia se clasifique como galaxia activa. La mayor parte de la materia que se halla cerca del borde del agujero negro termina por caer en él, pero parte del material escapa y es expulsado al espacio: así nacen los chorros, una de las estructuras más enigmáticas y energéticas conocidas.

Imagen de máxima resolución de Centaurus A obtenida con el Telescopio del Horizonte de Sucesos sobre una imagen compuesta en color de toda la galaxia. Fuente: R. Bors; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiß et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; EHT/M. Janßen et al.

A día de hoy se manejan diferentes modelos sobre el comportamiento de la materia cerca del agujero negro para comprender mejor este proceso, pero aún no se conoce exactamente cómo se lanzan los chorros desde la región central y cómo pueden extenderse a escalas mayores que las galaxias anfitrionas sin dispersarse. El EHT pretende resolver este misterio.

La nueva imagen muestra que el chorro lanzado por Centaurus A es más brillante en los bordes que en el centro, un fenómeno conocido en otros objetos similares pero que nunca se había visto de forma tan pronunciada. «Por primera vez tras décadas de estudio, el EHT nos revela cómo es posible extraer energía de los agujeros negros para formar estos gigantescos chorros de materia que vemos asociados con galaxias que presentan una actividad inusual. Entender por qué los bordes del chorro en Centaurus A brillan mucho más nos permitirá acotar nuestros modelos teóricos», comenta José Luis Gómez, miembro del Consejo Científico del EHT y líder del grupo del EHT en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), del que forman parte también los investigadores Rocco Lico, Guang-Yao Zhao, Antonio Fuentes, Ilje Cho, Thalia Traianou, y Antxon Alberdi.

Observaciones futuras

Con las nuevas observaciones del chorro de Centaurus A realizadas por el EHT se ha identificado la ubicación probable del agujero negro en el punto de lanzamiento del chorro. Basándose en esta localización, la colaboración predice que futuras observaciones en longitud de onda más corta y con una mayor resolución podrían fotografiar el agujero negro central de Centaurus A, para lo que será necesario utilizar antenas en órbita terrestre. Estas observaciones estudiarían asimismo la conexión entre el agujero negro central y el chorro que emana de él.

«Estos datos proceden de la misma campaña de observación que proporcionó la famosa imagen del agujero negro de M87. Los nuevos resultados demuestran que el EHT proporciona valiosísimos datos sobre la rica variedad de agujeros negros y que aún hay más por venir», apunta Heino Falcke, miembro de la junta directiva del EHT y profesor de Astrofísica en la Universidad de Radboud.

Para observar la galaxia Centaurus A con esta resolución sin precedentes a una longitud de onda de 1.3 milímetros, la colaboración EHT utilizó la técnica conocida como interferometría de muy larga base (VLBI), la misma con la que se obtuvo la imagen del agujero negro de M87 y en la que ocho telescopios de todo el mundo se unen para crear un telescopio virtual del tamaño de la Tierra. En la colaboración EHT participan más de trescientos investigadores de África, Asia, Europa, América del Norte y del Sur.

Referencia bibliográfica: 
M. Janssen, et al. (EHT Collaboration) “Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation zone in Centaurus A”, Nature Astronomy, July 2021. DOI: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01417-w