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La galaxia Messier 87 (M87) está situada a 55 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de Virgo. Es una galaxia gigante con 12.000 cúmulos globulares, lo que hace que los 200 cúmulos globulares de la Vía Láctea parezcan modestos en comparación. En el centro de M87 se encuentra un agujero negro de seis mil quinientos millones de masas solares. Es el primer agujero negro del que existe una imagen, creada en 2019 por la colaboración internacional de investigación Event Horizon Telescope.
Este agujero negro M87 dispara un chorro de plasma a una velocidad cercana a la de la luz, el llamado chorro relativista, a una escala de 6.000 años luz. La tremenda energía necesaria para alimentar este chorro se origina probablemente en la atracción gravitatoria del agujero negro, pero aún no se entiende del todo cómo se produce un chorro así ni qué lo mantiene estable a lo largo de la enorme distancia.
M87 atrae materia que gira en un disco en órbitas cada vez más pequeñas hasta que es tragada por el agujero negro. El chorro se lanza desde el centro del disco de acreción que rodea a M87, y los físicos teóricos de la Universidad de Goethe, junto con científicos de Europa, Estados Unidos y China, han modelado ahora esta región con gran detalle.
Utilizaron simulaciones tridimensionales muy sofisticadas en superordenadores que utilizan la asombrosa cantidad de un millón de horas de CPU por simulación y tuvieron que resolver simultáneamente las ecuaciones de la relatividad general de Albert Einstein, las ecuaciones del electromagnetismo de James Maxwell y las ecuaciones de la dinámica de fluidos de Leonhard Euler.
El resultado fue un modelo en el que los valores calculados para las temperaturas, las densidades de materia y los campos magnéticos se corresponden notablemente con lo deducido de las observaciones astronómicas. Sobre esta base, los científicos pudieron seguir el complejo movimiento de los fotones en el espacio-tiempo curvo de la región más interna del chorro y traducirlo en imágenes de radio. A continuación, pudieron comparar estas imágenes modeladas por ordenador con las observaciones realizadas con numerosos radiotelescopios y satélites durante las últimas tres décadas.
El Dr. Alejandro Cruz-Osorio, autor principal del estudio, comenta que "nuestro modelo teórico de la emisión electromagnética y de la morfología del chorro de M87 coincide sorprendentemente bien con las observaciones en los espectros de radio, óptico e infrarrojo. Esto nos indica que el agujero negro supermasivo M87 está probablemente en alta rotación y que el plasma está fuertemente magnetizado en el chorro, acelerando las partículas a escalas de miles de años luz".
El profesor Luciano Rezzolla, del Instituto de Física Teórica de la Universidad Goethe de Fráncfort, señala que "el hecho de que las imágenes que hemos calculado se acerquen tanto a las observaciones astronómicas es otra importante confirmación de que la teoría de la relatividad general de Einstein es la explicación más precisa y natural de la existencia de agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Aunque todavía hay espacio para explicaciones alternativas, los hallazgos de nuestro estudio han hecho que este espacio sea mucho más pequeño".
Fuentes, créditos y referencias:
Alejandro Cruz-Osorio, State-of-the-art energetic and morphological modelling of the launching site of the M87 jet, Nature Astronomy (2021). DOI: 10.1038/s41550-021-01506-w
Imagen: A lo largo de las líneas del campo magnético, las partículas se aceleran con tanta eficacia que forman un chorro a escalas de 6000 años luz en el caso de M87. Crédito: Alejandro Cruz-Osorio, Universidad Goethe de Frankfurt
Fuente: Eurekalert