La primera imagen de un agujero negro conmocionó al mundo en 2019, cuando el Event Horizon Telescope, o EHT, publicó una imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87, también conocida como Virgo A o NGC 4486. . en la constelación de Virgo. Este agujero negro vuelve a sorprender a los científicos con una llamarada de rayos gamma de teraelectrones voltios, que emite fotones miles de millones de veces más energéticos que la luz visible. Una llamarada tan intensa no se había observado en más de una década, lo que ofrece información importante sobre cómo se aceleran partículas como electrones y positrones en el entorno extremo cercano a los agujeros negros.
El chorro del centro de M87 es siete órdenes de magnitud (decenas de millones de veces) más grande que el horizonte de sucesos, o la superficie del propio agujero negro. El brillante estallido de emisión de alta energía estuvo muy por encima de las energías normalmente detectadas por los radiotelescopios de la región del agujero negro. La llamarada duró unos tres días y probablemente surgió en un área de menos de tres días luz, o menos de 15 mil millones de millas.
Un rayo gamma es un paquete de energía electromagnética, también conocido como fotón. Los rayos gamma tienen la energía más alta de cualquier longitud de onda en el espectro electromagnético y se originan en los entornos más calientes y energéticos del universo, como las regiones alrededor de los agujeros negros. Los fotones de la llamarada de rayos gamma de M87 tienen niveles de energía de hasta unos pocos teraelectrones voltios. Los teraelectronvoltios se utilizan para medir la energía de las partículas subatómicas y equivalen a la energía de un mosquito en movimiento. Esa es una enorme cantidad de energía para partículas que son billones de veces más pequeñas que un mosquito. Los fotones con energías de varios teraelectrones voltios son mucho más energéticos que los fotones que forman la luz visible.
A medida que la materia cae hacia un agujero negro, se forma un disco de acreción donde las partículas se aceleran debido a la pérdida de energía potencial gravitacional. Parte incluso es redirigida desde los polos del agujero negro como una poderosa emisión, llamada “chorro”, impulsada por intensos campos magnéticos. Este proceso es irregular y a menudo provoca una rápida liberación de energía conocida como “llamarada”. Sin embargo, los rayos gamma no pueden penetrar la atmósfera terrestre. Hace unos 70 años, los físicos descubrieron que los rayos gamma de la Tierra podían detectarse observando la radiación secundaria producida cuando golpeaban la atmósfera.
“Todavía no entendemos completamente cómo se aceleran las partículas cerca de un agujero negro o dentro de un chorro”, escribió en el artículo Weidong Jin, investigador postdoctoral de la UCLA y un equipo internacional de autores en astronomía. artículo que describe los hallazgos. y astrofísica. “Estas partículas son muy energéticas, viajan cerca de la velocidad de la luz y queremos entender dónde y cómo obtienen esa energía. Nuestro estudio es uno de los más grandes jamás recopilados para esta galaxia. Presenta datos espectrales más completos. incluyendo modelos para arrojar luz sobre estos procesos”.
Jin contribuyó al análisis de la parte más energética del conjunto de datos, llamados rayos gamma de muy alta energía, recopilados por VERITAS, un instrumento terrestre de rayos gamma que opera en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en el sur de Arizona. UCLA jugó un papel importante en la construcción de VERITAS (abreviatura de Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) en el desarrollo de la electrónica para leer los sensores del telescopio y las computadoras para analizar los datos del telescopio. Participó en el desarrollo de software y la simulación de. Rendimiento del telescopio. Este análisis ayudó a detectar llamaradas, como lo indican los grandes cambios de brillo que se desvían significativamente de la variabilidad subyacente.
Más de dos docenas de instalaciones de observación terrestres y espaciales de alto perfil, incluidos el Fermi-LAT de la NASA, el Telescopio Espacial Hubble, los telescopios NuSTAR, Chandra y Swift, junto con tres de los conjuntos de telescopios Cherenkov atmosféricos de imágenes más grandes del mundo (VERITAS)., HESS y MAGIC) se unieron a esta segunda expedición EHT y de múltiples longitudes de onda en 2018. Estos observatorios son sensibles a los fotones de rayos X, así como a los rayos gamma de alta y muy alta energía, respectivamente.
Uno de los conjuntos de datos clave utilizados en este estudio se llama distribución de energía espectral.
“El espectro describe cómo la energía de fuentes astronómicas, como M87, se divide en diferentes longitudes de onda de luz”, dijo Jin. “Es como dividir la luz en un arco iris y medir cuánta energía hay en cada color. Este análisis nos ayuda a descubrir los diferentes procesos que impulsan la aceleración de las partículas de alta energía en el chorro de un agujero negro supermasivo”.
Un análisis más detallado realizado por los autores del artículo encontró una variación significativa en la posición y el ángulo del anillo, también conocido como horizonte de sucesos, y la posición del chorro. Esto sugiere una relación física entre las partículas y el horizonte de sucesos, en diferentes escalas de tamaño, que afecta la posición del chorro.
“Una de las características más destacadas del agujero negro de M87 es el chorro bipolar que se extiende miles de años luz desde el centro”, dijo Jin. “Este estudio brindó una oportunidad única para investigar el origen de la emisión de rayos gamma de alta energía durante la llamarada y para señalar el lugar donde las partículas de la llamarada se aceleran. Un debate sobre el origen de los rayos cósmicos”.
