Una galaxia gigante vista en 3D

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Una fotografía de la enorme galaxia elíptica M87 [izquierda] se compara con su forma tridimensional obtenida a partir de meticulosas observaciones realizadas con los telescopios Hubble y Keck [derecha]. Debido a que la galaxia está demasiado lejos para que los astrónomos empleen la visión estereoscópica, en su lugar siguieron el movimiento de las estrellas alrededor del centro de M87, como abejas alrededor de una colmena. Esto creó una vista tridimensional de cómo se distribuyen las estrellas dentro de la galaxia. Créditos ILUSTRACIÓN: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI), Frank Summers (STScI) CIENCIA: Chung-Pei Ma (UC Berkeley)

Los objetos celestes vistos a través de un telescopio parecen planos porque están muy lejos. Ahora, por primera vez, los astrónomos han medido la forma tridimensional de una galaxia gigante, M87.

Resulta que esta galaxia es "triaxial", o tiene forma de patata. La potencia combinada del observatorio terrestre W. M. Keck de Maunakea (Hawai) y del telescopio espacial Hubble de la NASA permitió crear esta visión estereoscópica.

Los científicos midieron el movimiento de las estrellas -enjambre alrededor del agujero negro central supermasivo de la galaxia- para crear el trazado en 3D. Utilizaron el movimiento estelar para comprender mejor la forma y la rotación de la galaxia. También permitió medir la masa del agujero negro. El seguimiento de las velocidades y posiciones estelares permitió a los investigadores construir una vista tridimensional de la galaxia.

La masa del agujero negro en el centro de la galaxia fue estimada con precisión por astrónomos de la Universidad de California en Berkeley en 5.400 millones de veces la masa del Sol. Los astrónomos estimaron la masa del agujero negro M87 utilizando datos del Hubble en 1995, lo que hicieron cronometrando la velocidad del plasma que gira alrededor del agujero negro. En 2019, el Event Horizon Telescope, una red internacional de telescopios terrestres, publicó la primera imagen de la historia del mismo agujero negro. Debido al tamaño de su horizonte de sucesos completamente negro, los investigadores pudieron estimar que la masa del agujero negro era de 6.500 millones de masas solares.

Chung-Pei Ma, investigador principal de la UC Berkeley, declaró: "El modelo estereoscópico de M87 y la masa más precisa del agujero negro central podrían ayudar a los astrofísicos a conocer la velocidad de giro del agujero negro. Ahora que conocemos la dirección de la rotación neta de las estrellas en M87 y tenemos una masa actualizada del agujero negro, podemos combinar esta información con los datos del Telescopio Event Horizon para constreñir el giro."

"Con más de diez veces la masa de la Vía Láctea, M87 probablemente creció a partir de la fusión de muchas otras galaxias. Esa es probablemente la razón por la que el agujero negro central de M87 es tan grande: asimiló los agujeros negros centrales de una o más galaxias que se tragó."

Utilizando un nuevo instrumento de precisión montado en el telescopio Keck II, los astrónomos pudieron determinar la forma tridimensional de M87. Enfocaron el Keck hacia 62 galaxias cercanas, midiendo los espectros estelares a lo largo de 70.000 años-luz. Esta región abarca el núcleo a 3.000 años-luz, donde predomina la gravedad del agujero negro supermasivo. Debido a la enorme distancia de M87, el telescopio no puede distinguir estrellas individuales, pero los espectros pueden utilizarse para determinar la masa del objeto que orbitan.

Según Ma, "es como observar un enjambre de 100.000 millones de abejas. Aunque las observamos desde lejos y no podemos distinguir las abejas individuales, obtenemos información muy detallada sobre sus velocidades colectivas."

Los datos se recopilaron entre 2020 y 2022. También tomaron mediciones anteriores del brillo estelar de M87 realizadas por el Hubble y las compararon con las predicciones de modelos informáticos sobre cómo se mueven las estrellas alrededor del centro de la galaxia de forma triaxial.

Según Ma, "el mejor ajuste a estos datos les permitió calcular la masa del agujero negro". Conocer la forma tridimensional de las 'abejas en enjambre' nos permitió obtener una medida dinámica más robusta de la masa del agujero negro central que rige las velocidades de órbita de las abejas."

Fuentes, créditos y referencias:

Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) - Emily R. Liepold et al, Keck Integral-field Spectroscopy of M87 Reveals an Intrinsically Triaxial Galaxy and a Revised Black Hole Mass, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acbbcf